王敏,赵伟文,刘星宇,余宗键,袁建辉.航空发动机用双陶瓷热障涂层的残余应力仿真研究[J].表面技术,2025,54(3):193-201.
WANG Min,ZHAO Weiwen,LIU Xingyu,YU Zongjian,YUAN Jianhui.Simulation Research on Residual Stress of Dual Ceramic Thermal Barrier Coatings for Aero-engine[J].Surface Technology,2025,54(3):193-201 |
| 航空发动机用双陶瓷热障涂层的残余应力仿真研究 |
| Simulation Research on Residual Stress of Dual Ceramic Thermal Barrier Coatings for Aero-engine |
| 投稿时间：2024-01-06 修订日期：2024-03-31 |
| DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.017 |
| 中文关键词: 双陶瓷层 热障涂层 YSZ LaMgAl11O19 残余应力 仿真 |
| 英文关键词:dual ceramic coating thermal barrier coating YSZ LaMgAl11O19 residual stress simulation |
| 基金项目:中国博士后科学基金(2021M691341) |
| 作者 | 单位 |
| 王敏 | 上海电子信息职业技术学院，上海 201400 |
| 赵伟文 | 上海电子信息职业技术学院，上海 201400 |
| 刘星宇 | 上海工程技术大学，上海 201620 |
| 余宗键 | 上海电子信息职业技术学院，上海 201400 |
| 袁建辉 | 上海工程技术大学，上海 201620 |
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| Author | Institution |
| WANG Min | Shanghai Technical Institute of Electronics & Information, Shanghai 201400, China |
| ZHAO Weiwen | Shanghai Technical Institute of Electronics & Information, Shanghai 201400, China |
| LIU Xingyu | Shanghai University of Engineering Sciences, Shanghai 201620, China |
| YU Zongjian | Shanghai Technical Institute of Electronics & Information, Shanghai 201400, China |
| YUAN Jianhui | Shanghai University of Engineering Sciences, Shanghai 201620, China |
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| 中文摘要: |
| 目的 对YSZ和LaMgAl11O19双陶瓷热障涂层不同预热温度和厚度条件下的残余应力进行仿真研究，指导双陶瓷热障涂层的优化设计。方法 用Abaqus有限元软件模拟双陶瓷涂层样件制备以及冷却过程中的径向、轴向和剪切残余应力。通过在25~275 ℃之间每隔50 ℃选取一个温度点作为样件的预热温度进行仿真，评价不同预热温度下黏结层与双陶瓷层的残余应力值，根据残余应力值确定优化的预热温度为75~ 125 ℃。选取100 ℃预热温度，保持YSZ和LaMgAl11O19双陶瓷层的总厚度为300 µm，以50 µm为一个区间调整双陶瓷层的厚度比值，研究YSZ和LaMgAl11O19的厚度变化对黏结层和双陶瓷层界面残余应力的影响，确定YSZ和LaMgAl11O19的厚度均为150 µm时，获得的残余应力最小。对优化后的陶瓷顶面和不同材料分界面的残余应力进行分析。结果 预热温度以及YSZ和LaMgAl11O19的厚度对涂层残余应力有显著影响，预热温度取75 ℃和125 ℃之间时，残余应力值普遍较小，其最大值仅为8.2 MPa。预热温度取100 ℃，YSZ和LaMgAl11O19的厚度均为150 µm时的残余应力值普遍较小，其最大值仅为55.2 MPa，出现在黏结层和基体材料的界面上。结论 预热温度对样件边缘位置的残余应力具有明显的影响，最大残余应力出现在优化的双陶瓷热障涂层基体和黏结层的界面处，从而降低了陶瓷层剥落的风险。 |
| 英文摘要: |
| It is an advanced method to optimize the design of dual ceramic thermal barrier coatings through finite element analysis with Abaqus. An optimized structure is achieved by comparing different pre-heating temperatures and varying the thickness of the dual ceramic coating under cooling condition, reducing the axial, radial and shear residual stress between interfaces of LaMgAl11O19 and YSZ, YSZ and NiCoCrAlY, NiCoCrAlY and K432A and also lowering the residual stress of LaMgAl11O19 surface. |
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