热障涂层热疲劳寿命预测模型研究

目的 建立热障涂层寿命预测模型,并研究涂层寿命预测与各种应力应变信息的相关性.方法 首先利用带热障涂层圆管试验结果,将涂层界面简化为余弦曲线,建立了相应的二维轴对称有限元模型;然后根据热障涂层疲劳试验结果,结合线性疲劳累积理论和Manson-Coffin低周疲劳模型,建立了热障涂层的寿命预测模型,并将拟合问题转化为寻优问题,使用遗传算法确定寿命预测模型中的系数;最后基于热障涂层试验的微观照片确定出危险点位置,选取正向、剪切、等效和通过二向应力应变分析方法提取垂直于余弦曲面形貌的11种应力应变信息进行寿命预测,并分析了寿命预测的最大误差和平均误差,对分析的结果进行了验证.结果 采用等效应变范围进行涂层寿命预测的最大误差和平均误差最小,分别为50％和21％,涂层寿命与等效应力的相关性最大.采用等效应变进行寿命预测的结果与文献中的结果相比,最大误差降低了169.1％,整体的寿命预测值从±2倍分散带之内缩小到了±1.5倍分散带之内.采用等效应变范围进行不同工况下的涂层寿命预测,预测结果为130次循环,试验结果为160次循环,寿命预测的结果较好.结论 证明了所建立模型的正确性与准确性,为涂层寿命预测提供了一种有效方法.