[发明专利]一种激光熔覆纳米YSZ@Ni制备YSZ热障涂层应力场模拟方法

摘要

本发明公开了一种激光熔覆纳米YSZ@Ni制备YSZ热障涂层应力场模拟方法，其特征在于方法步骤如下在ANSYS中创建实体模型；建模时直接采用BLOCK语句生成几何实体模型；（2）定义材料属性并进行网格划分；（3）施加热源载荷并求解温度场；（4）热应力耦合求解应力场；（5）读取应力场模拟计算结果。本发明的优点是本发明提供了一种通过ANSYS热应力耦合模拟激光熔覆YSZ@Ni制备YSZ涂层应力场的方法。通过模拟研究应力场的变化规律，有利于探索激光熔覆制备以及使用YSZ热障涂层中裂纹形成的机理及影响因素，这对控制熔覆层裂纹产生具有重要的现实意义和理论指导价值。

主权项

一种激光熔覆纳米YSZ@Ni制备YSZ热障涂层应力场模拟方法，其特征在于方法步骤如下：(1)在ANSYS中创建实体模型；具体为：其中基体材料为GH4169，熔覆材料为YSZ@Ni纳米核壳粒子粉末，使用APDL参数话语言编写命令流，建模时直接采用BLOCK语句生成几何实体模型；(2)定义材料属性并进行网格划分；YSZ@Ni核壳粒子是通过化学镀法制备的，将配置好的YSZ悬液加入到配备好的NiCl2溶液中，再向其中加入水合肼充分混合均匀，放在恒温水浴中机械搅拌充分反应；此时镀液中各成分浓度为CNi＝0.12mol/L，CYSZ＝0.007mol/L，假设溶液反应完全计算可得YSZ@Ni核壳粒子中质量分数为WYSZ＝11.59％，WNi＝88.41％；对于YSZ@Ni纳米核壳粒子的性能参数，通过求各成分性能参数的算数平均值获得，具体计算参照公式AYSZ@Ni＝0.8841ANi+0.1159AYSZ    (1)式中AYSZ@Ni、ANi、AYSZ分别表示YSZ@Ni、YSZ、Ni的热物性能参数和力学性能参数；(3)施加热源载荷并求解温度场；采用高斯面热源作为热源模型，其表达式如公式2所示：q(r)=kηpπR2exp(-kr2R2)---(2)]]>式中q(r)为热流密度、R光斑直径、η、k、p分别表示材料对激光的吸收率也是激光作用在材料表面的能量吸收率、集中系数、激光功率；由于在模型实际求解中存在误差加入热源修正系数，热源模型修改为：q(r)=k′kηpπR2exp(-kr2R2)---(3)]]>式中K’热源修正系数；求解温度场，在ANSYS命令流编写中通过IF、DO循环语句来实现连续小间距跳跃移动加载；在模拟过程中系统会自动判断节点到光斑中心点的距离r是否在R内，如果节点不在光斑内则热流密度q＝0，如果节点在光斑内则按照前面设定的高斯热源进行加载；(4)热应力耦合求解应力场；采用间接耦合，将温度场的结果作为加载条件，求解应力场；在进行应力场分析时要进行单元的转化，在APDL参数化语言中使用命令ETCHG,TTS完成单元类型转化，将热分析单元转换成结构单元，即将solid70转换成solid45；边界条件主要是对称约束；建模时考虑到模型对称，只选取试样一半进行建模，对称面处采用DA，*，SYMM实现平面对称约束；调整收敛准则，进行热应力耦合时，由温度场转变到应力场求解，收敛准则也会发生改变；采用的熔覆粉末含有纯的YSZ，温度场求解时会出现很大的温度梯度，在载荷步求解时可能不收敛，通过CUTCONTROL，PLSLIMIT放宽收敛阀值；大变形假设，材料的熔化、凝固时，会出现大应变、大变形的情况；因此通过NLGEOM,ON命令打开大应变效应选项。(5)读取应力场模拟计算结果。