技术特征：
1.一种基于数值仿真的热障涂层循环氧化失效机制研究方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)结合热障涂层循环氧化下化学扩散场、化学反应场控制方程，在多物理场耦合仿真软件中建立热障涂层在循环氧化下的生长有限元模型；(2)利用步骤(1)中建立的生长有限元模型，在此基础上叠加循环热载荷，结合本构关系，通过多物理场耦合仿真软件进行热障涂层循环氧化模拟，从而得到热障涂层在热力化耦合作用下的应力分布及演化结果；(3)利用步骤(2)循环氧化下的应力演化模拟得到氧化层内部、氧化层/陶瓷层界面及氧化层/粘结层界面应力分布及演化结果，通过引入反映界面应力状态的参数对界面裂纹进行评价，并与实验观测的涂层失效模式相结合，分析涂层的失效机制。2.根据权利要求1所述的一种基于数值仿真的热障涂层循环氧化失效机制研究方法，其特征在于：所述步骤(1)中，化学扩散场、化学反应场控制方程：其中，c为氧气的浓度，n为氧化层体积分数，d
c
表示氧扩散系数，g表示化学反应速率常数，m表示氧在al2o3中的摩尔浓度。3.根据权利要求1所述的一种基于数值仿真的热障涂层循环氧化失效机制研究方法，其特征在于：所述步骤(2)中，本构关系：其中，ε为应变张量，λ、μ为拉梅常数，σ为应力张量，σ
kk
为主应力之和，α
t
为热膨胀系数，t为温度，t0为初始温度，i为单位矩阵，α
n
为化学反应和应变的耦合系数，n为氧化层体积分数。4.根据权利要求1所述的一种基于数值仿真的热障涂层循环氧化失效机制研究方法，其特征在于：所述步骤(3)中，反映界面应力状态的参数：其中，其中σ
n
为法向应力，τ
xy
为切向应力，[σ
n
]为纯拉伸模式的界面韧性，[τ
xy
]为纯剪切模式的界面韧性。5.根据权利要求1所述的一种基于数值仿真的热障涂层循环氧化失效机制研究方法，其特征在于：步骤(2)中，所述循环热载荷为：加热保温，然后冷却，所述的加热和冷却均在对流条件下进行。
技术总结
本发明涉及一种基于数值仿真的热障涂层循环氧化失效机制研究方法，步骤为：(1)结合热障涂层在循环氧化下氧气扩散生成氧化铝的控制方程，建立热障涂层在循环氧化下的生长有限元模型；(2)利用步骤(1)建立的生长有限元模型结合本构关系通过多物理场耦合模拟得到循环氧化下热障涂层氧化层的生长规律及应力演化结果；(3)利用步骤(2)模拟得到的氧化层及陶瓷层应力分布结果，并引入反映界面应力状态的参数对界面裂纹萌生进行评价，结合实验结果分析涂层失效机制。涂层失效机制。涂层失效机制。
技术研发人员：胡殿印 王荣桥 吕正哲 刘海燕
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1