李顶河 麻硕

摘要：基于热力耦合扩展逐层/实体元方法（TM-XLWM/SE）对热障涂层结构传热过程中的力学行为进行了研究。首先，利用热力耦合扩展逐层方法和三维实体元方法分别建立了热障涂层和金属基体的控制方程，然后，根据热障涂层和基体连接区域的位移、温度协调和内力平衡条件，将热障涂层和基体控制方程耦合为总体控制方程。依据总体控制方程，编写了相应的C++程序，通过与有限元软件Comsol建立的三维弹性模型进行对比，验证了方法的正确性。最后，对含分层损伤和界面脱黏损伤的热障涂层结构进行了热力耦合研究，得到了损伤对热力响应的影响规律。同时，所研究的外形更接近真实的发动机涡轮叶片，具有一定的实际应用价值。

关键词：热障涂层结构；动态热力耦合分析；分层损伤；界面脱黏；扩展逐层

中图分类号：V232.4文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.09.002

基金项目：天津市教委科研计划项目（2018KJ241）

涡轮叶片作为发动机的核心部件，其承温和承载条件极为苛刻。随着燃气涡轮发动机的不断发展，燃气进口温度越来越高，仅仅依靠空气冷却已经不能满足使用要求。为了提高耐高温、耐腐蚀能力，热障涂层技术被越来越多地应用于涡轮叶片结构。

热障涂层结构是极其复杂的系统工程[1]，结构、环境[2]、失效模式复杂，在服役过程中难以避免地会有各种损伤存在。然而目前，对于热障涂层结构损伤机理的研究较少，已有的研究主要是针对简单的平板模型、半圆形模型等，而非复杂的曲面结构。……