[發明專利]一種高速旋轉渦輪葉片熱障涂層的壽命預測方法及裝置

在審

• 申請號: 202110351013.3
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113094888A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 楊麗;顏景軍;陳環宇;劉志遠;周益春
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

一種高速旋轉渦輪葉片熱障涂層的壽命預測方法及裝置，其中，預測方法包括：基于渦輪葉片熱障涂層在服役環境中的已知聲發射、已知表面應變以及熱障涂層的已知失效狀態，建立疲勞損傷模型；和/或，基于渦輪葉片熱障涂層在所述服役環境中的已知界面應力及熱障涂層的已知失效狀態，建立界面脫層模型；基于所述渦輪葉片熱障涂層在實際環境下的聲發射、表面應變和所述疲勞損傷模型判斷所述渦輪葉片熱障涂層的失效狀態，和/或，基于所述渦輪葉片熱障涂層在實際環境下的界面應力和所述界面脫層模型判斷所述渦輪葉片熱障涂層的失效狀態。本發明能夠有效地對熱障涂層的壽命進行預測，并對損傷進行分析，為涂層材料的改進和設計提供準確依據。

技術領域

本發明涉及高性能航空發動機技術領域，特別涉及一種高速旋轉渦輪葉片熱障涂層的壽命預測方法及裝置。

背景技術

熱障涂層是航空發動機、燃氣輪機必不可少的熱防護材料，但因涂層剝落瓶頸至今沒有實現其在工作葉片上的安全應用。研制工作葉片熱障涂層服役環境與高速旋轉狀態試驗平臺，并發展實時檢測的疲勞損傷與壽命預測技術，是解決剝落失效的有效途徑，也是這一研究領域的國際制高點與封鎖點。

涂層剝落只是最終結果，在高溫、沖蝕、CMAS腐蝕等服役環境作用下，熱障涂層會發生界面氧化、燒結、相變、腐蝕、成分與微結構演變以及裂紋等多種失效形式。涂層與界面結構的演變、裂紋萌生與擴展、界面脫層的發生等關鍵損傷過程是理解破壞機制的關鍵，所以，現有技術很難準確對熱障涂層的壽命進行準確預測。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種科準確預測熱障涂層的壽命的高速旋轉渦輪葉片熱障涂層的壽命預測方法及裝置。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明的第一方面提供了一種高速旋轉渦輪葉片熱障涂層的壽命預測方法，包括：基于渦輪葉片熱障涂層在服役環境中的已知聲發射、已知表面應變以及熱障涂層的已知失效狀態，建立疲勞損傷模型；和/或，基于渦輪葉片熱障涂層在所述服役環境中的已知界面應力及熱障涂層的已知失效狀態，建立界面脫層模型；其中，所述服役環境包括對所述渦輪葉片熱障涂層加載服役溫度和服役轉速之間耦合的環境；基于所述渦輪葉片熱障涂層在實際環境下的聲發射、表面應變和所述疲勞損傷模型判斷所述渦輪葉片熱障涂層的失效狀態，和/或，基于所述渦輪葉片熱障涂層在實際環境下的界面應力和所述界面脫層模型判斷所述渦輪葉片熱障涂層的失效狀態；其中，所述渦輪葉片熱障涂層包括：基底、粘結層和熱障涂層，所述熱障涂層通過所述粘結層固定于所述基底上；所述界面應力為所述熱障涂層和所述粘結層之間的剪切應力。本實施方式提供的一種渦輪葉片熱障涂層高速旋轉服役模擬過程中疲勞損傷與壽命預測方法，考慮不同失效形式對應失效結果的差異，建立基于界面應力-內部裂紋-表面應變的多重失效準則協同預測物理模型。能夠有效地對熱障涂層的壽命進行預測，并對損傷進行分析，為涂層材料的改進和設計提供準確依據。

可選地，渦輪葉片熱障涂層的壽命預測方法還包括：獲取所述渦輪葉片熱障涂層在服役環境中的已知聲發射、已知表面應變以及熱障涂層的已知失效狀態。

可選地，所述獲取所述渦輪葉片熱障涂層在服役環境中的已知聲發射、已知表面應變以及熱障涂層的已知失效狀態，包括：在所述熱障涂層的外表面粘貼第一應變組件和熱電偶以檢測所述熱障涂層的已知表面應變和服役溫度，優選地，所述第一應變組件粘貼于所述熱障涂層的形變最大處；檢測所述渦輪葉片熱障涂層在服役環境中的已知聲發射事件數；檢測所述熱障涂層的脫落面積的比例是否達到極限，若達到極限，則熱障涂層的已知失效狀態為已失效。

可選地，所述獲取所述渦輪葉片熱障涂層在服役環境中的已知聲發射、已知表面應變以及熱障涂層的已知失效狀態，還包括：在試片上的外表面粘貼第一補償應變組件，將所述試片設置于與所述渦輪葉片熱障涂層的服役溫度相同的溫度場中，用于檢測所述第一應變組件在服役溫度中的應變；其中，所述試片與所述渦輪葉片熱障涂層的加工工藝相同；所述第一補償應變組件和所述第一應變組件的型號相同。