熱防護(hù)涂層服役過(guò)程數(shù)值模擬研究.pdf

1、熱防護(hù)涂層是用來(lái)保護(hù)基體材料的一種隔熱涂層。在保證基體材料不受外界環(huán)境的氧化、腐蝕等破壞的同時(shí)，熱防護(hù)涂層能使基體材料在更高的溫度下使用，從而延長(zhǎng)基體材料的使用壽命，因此廣泛地應(yīng)用在航空航天等諸多領(lǐng)域。隨著各國(guó)高超聲速飛行器研究計(jì)劃的開(kāi)展，熱防護(hù)涂層的研制和使用成為該計(jì)劃的主要研究目標(biāo)之一，國(guó)內(nèi)外的研究者為此做了大量工作。熱防護(hù)涂層在高溫環(huán)境下要承受較大的溫度梯度，同時(shí)涂層結(jié)構(gòu)在溫度的作用下會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而影響其使用性能，因此熱防護(hù)涂

2、層在高溫環(huán)境下服役時(shí)的溫度和應(yīng)力響應(yīng)是本文研究的重點(diǎn)。本文主要以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)噴管部位為目標(biāo)設(shè)計(jì)區(qū)，以高溫綜合性能良好的SiC/SiC復(fù)合材料為基體，采用MSC.Marc有限元軟件建立了熱防護(hù)涂層的二維軸對(duì)稱模型，對(duì)典型高溫環(huán)境服役過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　首先，借助于傳熱學(xué)和熱應(yīng)力的有限元理論，采用MSC.Marc有限元軟件，以SiC/SiC復(fù)合材料為基體建立了熱防護(hù)涂層有限元模型

3、，模擬了涂層服役過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)。結(jié)果表明，熱防護(hù)涂層顯著降低了基體溫度，表現(xiàn)出良好的隔熱效果；由于材料屬性的不匹配，陶瓷層與粘結(jié)層界面及粘結(jié)層與基體界面附近的應(yīng)力梯度較大；總的等效塑性應(yīng)變?cè)谡辰Y(jié)層附近較大。
　　然后，鑒于熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)在重復(fù)使用過(guò)程中的不穩(wěn)定性，忽略高溫蠕變行為，對(duì)涂層在重復(fù)使用過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并對(duì)其演化規(guī)律進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在模擬重復(fù)使用過(guò)程中，隨著循環(huán)周次的增加，