×

热障涂层中相互作用微缺陷的热机械断裂行为。 (英语) Zbl 1494.74067号

概述:热障涂层(TBC)中陶瓷面漆层裂失效的累积通常涉及主要(主)裂纹与附近微缺陷相互作用的扩展。为了评估这一点,我们使用基于微观力学的分析和数值技术来确定微缺陷的存在对主裂纹的应力强度因子(SIF)的影响。此外,我们开发了一个具有自动几何重建和自适应重网格算法的自适应有限元模型,以研究微缺陷对扩展的半无限裂纹的屏蔽和放大效应。我们使用最大应变能释放率和最大-最小应力裂纹跟踪标准跟踪主裂纹扩展路径。我们扩展了工作,确定了主裂纹与大气等离子喷涂TBC中发现的典型微孔结合所需的条件。我们的工作表明,除非主裂纹和微裂纹共线,否则主裂纹不会以自相似的方式与微裂纹结合。此外,我们还表明,混合氧化物不均匀性引起的热应力会放大主裂纹应力强度因子并改变其扩展路径。

理学硕士:

74兰特 脆性断裂
74F05型 固体力学中的热效应
74M25型 固体微观力学
74G70型 固体力学中的应力集中奇点
74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Moridi,A。;阿扎迪,M。;Farrahi,GH,考虑厚度和粗糙度影响的热障涂层系统的热机械应力分析,表面涂层。技术。,243, 91-99 (2014) ·doi:10.1016/j.surfcoat.2012.02.019
[2] Nowak,W.,工艺参数对APS-TBC系统MCrAlY粘结涂层粗糙度和寿命的影响,表面涂层。技术。,6, 66 (2014)
[3] 李,GR;杨国杰(Yang,GJ);李,CX;Li,CJ,等离子喷涂TBC的烧结特性:实验分析和整体建模,Ceram。国际,44,2982-2990(2018)·doi:10.1016/j.ceramint.2017.11.052
[4] 德维迪,G。;维斯瓦纳坦,V。;桑帕斯,S。;Shyam,A。;Lara-Curzio,E.,等离子喷涂热障陶瓷的断裂韧性:加工、微观结构和热老化的影响,J.Am.Ceram。Soc.,97,2736-2744(2014)·doi:10.1111/jace.13021
[5] He,K。;陈,JJ;翁,WX;李,CC;Li,Q.,等离子喷涂Al2O3-YSZ复合涂层的微观结构和机械性能,真空,151,209-220(2018)·doi:10.1016/j.vacuum.2018.01.038
[6] 夏,X。;苏,Y。;钟,Z。;翁,GJ,石墨烯-金属纳米复合材料塑性、渐进损伤和破坏的统一理论,国际塑料杂志。,99, 58-80 (2017) ·doi:10.1016/j.ijplas.2017.09.001
[7] Eadi,SB;宋,HS;歌曲,高清;哦,J。;Lee,HD,热障涂层在循环热暴露下的裂纹扩展行为,涂层,9,365(2019)·doi:10.3390/涂层9060349
[8] 翁,WX;郑,ZH;Li,Q.,常压等离子喷涂YSZ热障涂层在等温热处理下的开裂演变,表面涂层。技术。,402 (2020) ·doi:10.1016/j.surfcoat.2020.125924
[9] 艾哈迈迪安,S。;Jordan,EH,《快速循环对空气等离子喷涂热障涂层的氧化、隆起、微裂纹和寿命影响的解释》,表面涂层。技术。,244, 109-116 (2014) ·doi:10.1016/j.surfcoat.2014.01.044
[10] 觉,S。;琼斯,A。;Hyde,T.,预测TBC系统内的失效:受APS TBC烧结、基板几何形状和TGO蠕变影响的TBC系统内应力的有限元模拟,工程失效。分析。,27, 150-164 (2013) ·doi:10.1016/j.engfailana.2012.07.005
[11] 巴克尔,M。;Seiler,P.,《热障涂层有限元模拟指南》,J.Therm。喷涂技术。,26, 1146-1160 (2017) ·doi:10.1007/s11666-017-0592-z
[12] 周,QQ;Yang,L。;罗,C。;陈,FW;周,YC;Wei,YG,界面氧化过程中内聚区模型界面与相场脆性断裂相互作用下热障涂层失效机理,国际固体结构杂志。,214-215, 18-34 (2021) ·doi:10.1016/j.ijsolstr.2020.12.020
[13] 魏,ZY;蔡,HN;冯,RX;Su,JY,等离子喷涂热障系统在温度循环下的动态裂纹扩展机制和寿命评估,Ceram。国际,45,14896-14907(2019)·doi:10.1016/j.ceramint.2019.04.223
[14] Wang,L.,APS-TBC中裂纹对热循环期间TGO周围应力的影响:数值模拟研究,表面涂层。技术。,285, 98-112 (2016) ·doi:10.1016/j.surfcoat.2015.11.036
[15] 博斯坦奇,SM;Gürses,E。;乔克,D.,使用XFEM和CZM对TBC失效机制进行有限元建模,Procedia Struct。集成。,21, 91-100 (2019) ·doi:10.1016/j.prostr.2019.12.090
[16] 魏,ZY;蔡,HN;Li,CJ,基于新型裂纹扩展和TGO生长耦合模型的热障涂层综合动态失效机制,Ceram。国际,44,22556-22566(2018)·doi:10.1016/j.ceramint.2018年9月28日
[17] 姜杰。;Wang,W。;赵,X。;刘,Y。;曹,Z。;肖鹏,循环热载荷下热障涂层残余应力和面漆开裂行为的数值分析,《工程分形》。机械。,196, 191-205 (2018) ·doi:10.1016/j.engfracmech.2018.04.031
[18] 龚,SX;Horii,H.,主裂纹尖端附近微裂纹问题的一般解决方案,J.Mech。物理学。固体,37,27-46(1989)·Zbl 0663.73068号 ·doi:10.1016/0022-5096(87)90003-2
[19] Di Girolamo,G。;马拉,F。;希奥帕,M。;布拉西,C。;Pulci,G。;Valente,T.,锆酸镧热障涂层在高温下微观结构和机械性能的演变,表面涂层。技术。,268, 298-302 (2015) ·doi:10.1016/j.surfcoat.2014.07.067
[20] 冯,XQ;Gross,D.,《考虑微裂纹相互作用对复杂载荷下脆性固体整体本构关系影响的近似方案》,《机械学报》。,1391, 139, 143-159 (2000) ·Zbl 0963.74047号 ·doi:10.1007/BF01170187
[21] 黄,Y。;胡,KX;Chandra,A.,《含夹杂物固体的自持力学方法和裂纹的一般分布》,《机械学报》。,1051, 105, 69-84 (1994) ·Zbl 0811.73048号 ·doi:10.1007/BF01183943
[22] 刘,Y。;Yang,F。;张,X。;张杰。;Zhong,Z.,基于分子动力学模拟的极小粒径梯度纳米金属中的裂纹扩展,国际分形杂志。,233, 71-83 (2022) ·doi:10.1007/s10704-021-00610-2
[23] Yedla,N。;古普塔,P。;Ng、TY;Geethalkshmi,KR,加载方向和缺陷对联苯基石墨烯单层强度和断裂行为的影响,Mater。化学。物理。,202, 127-135 (2017) ·doi:10.1016/j.matchemphys.2017.09.016
[24] PO Judt;Ricoeur,A.,应用远程轮廓相互作用积分模拟多裂纹系统的裂纹扩展,Theor。申请。压裂。机械。,75, 78-88 (2015) ·doi:10.1016/j.tafmec.2014.11.001
[25] 马,L。;王,X。;冯,XQ;Yu,SW,众多微裂纹相互作用和聚结的数值分析,Eng.Fract。机械。,72, 1841-1865 (2005) ·doi:10.1016/j.engfracmech.2004.08.009
[26] 金,LW;Su,Y.,热力耦合对PbZr0.52Ti0.48O3陶瓷低频滞后标度行为的影响,电子。马特。莱特。,123, 12, 371-375 (2016) ·doi:10.1007/s13391-016-6043-z
[27] Fakoor,M。;Farid,HM,复合材料裂纹萌生评估的混合模式I/II断裂标准,机械学报。,2301, 230, 281-301 (2018)
[28] Hou,J。;Zhang,Y。;郭,H。;左,H。;Li,Q.,预测混合型断裂裂纹萌生角的基于应变能的参数,机械学报。,232, 1379-1388 (2021) ·Zbl 1485.74088号 ·doi:10.1007/s00707-020-02912-3
[29] 易卜拉希米,S。;Phan,AV,基于SGBEM的拉普拉斯域动态裂纹扩展建模技术,机械学报。,2263, 226, 769-781 (2014)
[30] Nuismer,RJ,混合型断裂的能量释放率标准,国际分形杂志。,112, 11, 245-250 (1975) ·doi:10.1007/BF00038891
[31] 王,XD;南澳大利亚州梅吉德;Papanikos,P.,《相邻孔产生的弯曲裂纹分析》,Eng.Fract。机械。,64, 337-355 (1999) ·doi:10.1016/S0013-7944(99)00067-3
[32] 林,LY;Meguid,SA,热障涂层中热循环和氧化对残余应力瞬态耦合效应的热力学模拟,Ceram。国际,6,66(2021)
[33] 他,我的;JW Hutchinson;Evans,AG,热循环后等离子喷涂热障系统中应力和分层的模拟,Mater。科学。工程A,345172-178(2003)·doi:10.1016/S0921-5093(02)00458-6
[34] Guagliano,M。;Vergani,L.,曲轴裂纹扩展预测的简化方法,疲劳分形。工程硕士。结构。,17, 1295-1306 (1994) ·doi:10.1111/j.1460-2695.1994.tb00217.x
[35] 傅,P。;约翰逊,SM;Settgast,右后;Carrigan,CR,估算应力强度因子的广义位移相关法,工程分形。机械。,88, 90-107 (2012) ·doi:10.1016/j.engfracmech.2012.04.010
[36] Yang,L。;刘,QX;周,YC;毛,WG;Lu,C.,带热障涂层涡轮叶片热疲劳的有限元模拟,J.Mater。科学。技术。,30, 371-380 (2014) ·doi:10.1016/j.jmst.2013.11.005
[37] 赵,PF;加利福尼亚州孙;朱,XY;佛罗里达州尚;Li,CJ,使用改进的四点弯曲法测量等离子喷涂热障涂层的断裂韧性,表面涂层。技术。,204, 4066-4074 (2010) ·doi:10.1016/j.surfcoat.2010.05.029
[38] Meguid,S.A.:工程断裂力学。爱思唯尔(1989)
[39] 埃尔多安,F。;Sih,GC,《平面荷载和横向剪切作用下板的裂纹扩展》,《基础工程杂志》,第85期,第519-525页(1963年)·数字对象标识代码:10.1115/1.3656897
[40] 南澳大利亚州梅吉德;Gaultier,PE;Gong,SX,主裂纹-微裂纹相互作用的分析与有限元分析的比较,Eng.Fract。机械。,38, 451-465 (1991) ·doi:10.1016/0013-7944(91)90095-I
[41] Muskhelishvili,NI,弹性数学理论的一些基本问题,一些基本问题。数学。理论弹性。,6, 66 (1977)
[42] 李·T。;Yang,W.,应力载荷下聚结微裂纹的临界联系,疲劳断裂。工程硕士。结构。,25, 499-508 (2002) ·网址:10.1046/j.1460-2695.2002.00515.x
[43] 哈布萨,D。;格雷戈里,D。;Elguedj,T。;Maigre,H。;Combescure,A.,《孔或其他裂纹对动态裂纹扩展影响的X-FEM分析》,国际期刊编号。方法工程,86,618-636(2011)·兹比尔1216.74023 ·doi:10.1002/nme.3128
[44] Sobhanverdi,R。;Akbari,A.,等离子喷涂氧化钇稳定氧化锆热障涂层的孔隙率和微观结构特征,Ceram。国际,41,14517-14528(2015)·doi:10.1016/j.ceramint.2015.07.102
[45] Xu,R。;风扇,XL;张,WX;Wang,TJ,与热障涂层系统中混合氧化物生长相关的界面断裂机制,表面涂层。技术。,6, 66 (2014)
[46] Halevy,I.,《压力对NiAl_2O_4结构的影响》,J.Phys。康登斯。Matter,14,10511(2002)·doi:10.1088/0953-8984/14/44/324
[47] Fasaki,I。;A.库图拉基。;Kompitsas,M。;Charitidis,C.,脉冲激光沉积NiO薄膜的结构、电气和机械性能,应用。冲浪。科学。,257, 429-433 (2010) ·doi:10.1016/j.apsusc.2010.07.006
[48] 林,J。;Sproul,WD,使用DCMS、PDCMS和DOMS沉积的Cr_2O_3涂层的结构和性能,表面涂层。技术。,276, 70-76 (2015) ·doi:10.1016/j.surfcoat.2015.06.044
[49] 李侃如医学博士。;Kaplan,WD,亚微米Ni和NiAl_2O_4增强Al_2O_3纳米复合材料的加工和性能,材料。科学。工程A,302,83-91(2001)·doi:10.1016/S0921-5093(00)01358-7
[50] Yu,QM;周,HL;Wang,LB,界面形态和热生长氧化物厚度对热障涂层系统中残余应力分布的影响,Ceram。国际,42,8338-8350(2016)·doi:10.1016/j.ceramint.2016.02.049
[51] Martena,M。;博托,D。;菲诺,P。;萨巴迪尼,S。;戈拉,MM;Badini,C.,《TBC系统失效建模:应力分布与TGO厚度和热膨胀失配的关系》,《工程失效》。分析。,13, 409-426 (2006) ·doi:10.1016/j.engfailana.2004.12.027
[52] 塞尔科夫,SK;Movchan,AB,《热弹性介质中的裂纹微扰》,国际固体结构杂志。,37, 6605-6622 (2000) ·Zbl 0970.74061号 ·doi:10.1016/S0020-7683(99)00220-6
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。