热障涂层可重复使用的性能评价方法与流程

本申请涉及航空技术领域，具体提供一种热障涂层可重复使用的性能评价方法。

背景技术：

热障涂层体系是一个复杂的结构系统，在重复使用过程中材料经历多次高温和低温的循环热载荷作用，涂层各部分温度场和应力场随着时间的延长和服役周期的增加均发生改变，材料易产生高温蠕变和高温低周疲劳行为，涂层易发生变形，剥落导致失效，进而对隔热性能产生影响，失去热防护作用，也将直接影响到武器装备的安全性。

热障涂层的应用环境苛刻，影响其失效及重复使用性能的因素众多而复杂，国内外各种涂层重复使用性能评价主要是基于试验或在实验结果基础上建立的经验或半经验的数学公式，其计算效率低、准确度差。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种热障涂层可重复使用的性能评价方法，包括：构建所述热障涂层重复使用的评价分析模型；定义所述热障涂层重复使用的评价分析模型的特征位置点；获取所述特征位置点处温度随循环次数的变化规律、应力随循环次数的变化规律以及等效蠕变应变随循环次数的变化规律；根据所述温度随循环次数的变化规律、所述应力随循环次数的变化规律以及所述等效蠕变应变随循环次数的变化规律，采用热障涂层不同截面各个所述特征位置点处温度、应力以及等效蠕变来评价所述热障涂层的重复使用性能。

根据本申请的至少一个实施例，所述热障涂层重复使用的评价分析模型为有限元模型，构建所述热障涂层重复使用的评价分析模型，包括：采用有限元建模工具，构建所述热障涂层重复使用的评价分析模型，并根据所述热障涂层各层的结构参数、材料组分以及热物性参数进行属性定义。

根据本申请的至少一个实施例，所述特征位置点包括涂层外表面、涂层与基材界面处以及基材外表面中的一种或多种。

根据本申请的至少一个实施例，获取所述特征位置点处温度随循环次数的变化规律、应力随循环次数的变化规律以及等效蠕变应变随循环次数的变化规律，包括：根据所述热障涂层服役过程中的热载荷条件，确定服役热循环次数；对在多次循环加载条件下所述热障涂层进行温度有限元数值分析，获得所述特征位置点处温度随循环次数的变化规律；对在多次循环加载条件下热障涂层进行应力有限元数值分析，获得所述特征位置点处应力随循环次数的变化规律；对在多次循环加载条件下热障涂层进行等效蠕变应变有限元数值分析，获得所述特征位置点处等效蠕变应变随循环次数的变化规律。

本申请实施例提供的热障涂层可重复使用的性能评价方法，与传统的评价方法相比，本申请提供的方法对热障涂层重复使用性能进行有效的表征，实现基于仿真分析手段的热障涂层寿命的评估。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种热障涂层温度场重复使用性能变化规律；

图2是本申请实施例提供的另一种热障涂层温度场重复使用性能变化规律；

图3是本申请实施例提供的又一种热障涂层温度场重复使用性能变化规律；

图4是本申请实施例提供的一种热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化过程示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化过程示意图；

图6是本申请实施例提供的又一种热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化过程示意图；

图7是本申请实施例提供的再一种热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化过程示意图；

图8是本申请实施例提供的第一种不同循环周次下热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化规律示意图；

图9是本申请实施例提供的第二种不同循环周次下热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化规律示意图；

图10是本申请实施例提供的第三种不同循环周次下热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化规律示意图；

图11是本申请实施例提供的第四种不同循环周次下热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化规律示意图；

图12是本申请实施例提供的第五种不同循环周次下热障涂层各特征位置点处轴向应力随时间变化规律示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施例提供的热障涂层可重复使用的性能评价方法包括以下步骤：

步骤101，构建热障涂层重复使用的评价分析模型。

可选地，热障涂层重复使用的评价分析模型为有限元模型，则构建热障涂层重复使用的评价分析模型，可以采用有限元建模工具，构建热障涂层重复使用的评价分析模型，并根据热障涂层各层的结构参数、材料组分以及热物性参数进行属性定义。

步骤102，定义热障涂层重复使用的评价分析模型的特征位置点。

其中，特征位置点包括涂层外表面、涂层与基材界面处以及基材外表面中的一种或多种。

需要说明的是，本实施例中的“多种”表示“两种”以及“两种以上”。

步骤103，获取特征位置点处温度随循环次数的变化规律、应力随循环次数的变化规律以及等效蠕变应变随循环次数的变化规律。

可选地，可以采用如下的步骤获取特征位置点处温度随循环次数的变化规律、应力随循环次数的变化规律以及等效蠕变应变随循环次数的变化规律：

根据热障涂层服役过程中的热载荷条件，确定服役热循环次数；

对在多次循环加载条件下热障涂层进行温度有限元数值分析，获得特征位置点处温度随循环次数的变化规律；

对在多次循环加载条件下热障涂层进行应力有限元数值分析，获得特征位置点处应力随循环次数的变化规律；

对在多次循环加载条件下热障涂层进行等效蠕变应变有限元数值分析，获得特征位置点处等效蠕变应变随循环次数的变化规律。

步骤104，根据温度随循环次数的变化规律、应力随循环次数的变化规律以及等效蠕变应变随循环次数的变化规律，采用热障涂层不同截面各个特征位置点处温度、应力以及等效蠕变来评价热障涂层的重复使用性能。

下面结合一个具体的示例来对本申请实施例提供的热障涂层可重复使用的性能评价方法来进行详细说明。

示例性的，某喷管结构材料为sic/sic复合材料，在其上制备热障涂层，采用激光熔覆工艺制备tial合金层，再在其上制备nicraly粘接层，最后利用等离子喷涂工艺制备热障涂层8ysz。

该热障涂层重复使用性能评价分析流程如下：

建立喷管结构及涂层有限元重复使用评价模型，并进行各层材料及热物性属性定义；

定义热障涂层重复使用评价各特征位置点；

根据热障涂层服役过程中的热载荷条件，建立循环服役周次为20次的热障涂层有限元模型，对在多次循环加载条件下热障涂层算例进行温度场有限元数值分析，如图1、图2和图3所示。

建立循环服役周次为20次的热障涂层有限元模型，对在多次循环加载条件下热障涂层算例进行应力场有限元数值分析，以轴向应力随时间变化为例，如图4、图5、图6和图7所示。

由于热障涂层各特征位置点处径向应力均接近零，且远小于轴向和环向应力，故忽略径向应力随时间的变化，只对循环服役周次为20次下，各特征位置点的轴向和环向应力加以分析其蠕变性能变化规律，如图8、图9、图10、图11和图12所示。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。