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陶瓷塗層有限元分析的研究現狀

時間:2017-08-31 20:03:02  來源:AG亚游官网熱噴塗網整理  作者:tianzhongma

 

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    塗層有很多失效形式,其影響因素主要有:組織結構、相成分以及工作環境等。一般情況下,塗層的失效形式主要有:

    1)熱應力失配引起的失效

    由於塗層和基體自身性能不同,熱膨脹係數相差較大,在熱載荷作用下,易產生熱應力,在界麵交接處形成應力集中,萌生微裂紋,繼續工作下去,微裂紋形成宏觀裂紋。

    2)界麵缺陷和熱生長氧化物引起的失效

    由於應力的存在,在界麵缺陷處易引起裂紋的萌生及擴展,在熱生長氧化物內部演變的微裂紋,與缺陷處的裂紋融匯貫通形成網狀裂紋。

    隙和裂紋等缺陷,采用有限元模擬了納米Al2O3/TiO2塗層在單向載荷下的應力分布,研究表明:小孔隙對應力分布影響不大,孔隙的角度與距離對對塗層的應力有影響。張紅鬆等用有限元模擬分析了ZrO2塗層在熱衝擊過程中的熱應力分布。王魯等應用ANSYS有限元對噴塗過程中熔融金屬、噴塗粉末與接觸麵的熱相互作用。Chong F L等應用ANSYS有限元軟件研究了CuCrZr合金基鎢塗層的熱應力,研究表明:分層結構能有效的減輕界麵應力集中。

    沈偉等用數字圖像處理技術與有限元相結合的方法,形成了與實際相符的有限元模型,計算了塗層的熱導率並與實驗結果進行對比。張顯程等用有限元法分析了塗層與基體界麵上殘餘應力分布。Michlik  P等應用OOFObjected Oriented Finite element)有限元分析了氧化錯陶瓷塗層的裂紋、應力應變、熱傳導率,對塗層彈性模型進行了預測,評估了塗層的斷裂行為。

    C. Palaccio Espinosa等利用ABAQUS有限元軟件,模擬了Al2O3-13%TiO2塗層在外力作用下殘餘應力的分布規律,研究表明:網狀孔隙顯著影響著塗層內部的應力場。Komvopoulos K等采用有限元法在塗層彈性接觸情況下,分析了塗層、中間層及基體的應力場合變形區域。Sun Y等應用有限元軟件對變厚度TiN塗層與鋼球的彈塑性接觸進行了模擬,結果表明:基體強度和塗層厚度對塑性變形有顯著的影響。Kral E R等采用有限元分析了塗層厚度對承載能力和應力場的影響,探討了萌生裂紋的情況,研究了加載周期對承載能力、抗拉強度、界麵剪切應力的影響。Ahmed I等介紹了熱噴塗過程的三維模擬,考慮了載氣徑向噴射的影響,預測了不同大小粉末顆粒的熱能變化。

    綜上所述,陶瓷塗層的有限元研究己經取得了一定的成就,但是針對在冷卻過程中塗層崩裂現象的研究較少。本文在前人研究的基礎上,考慮塗層厚度、孔隙、裂紋等因素對塗層冷卻過程中殘餘應力進行了分析,將試驗研究與理論研究相互結合,相互驗證。

 


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