热障涂层二向应力状态分析与危险点预测

热障涂层剥落是航空发动机热端部件失效的主要形式,研究热冲击环境下涂层的失效机制对提升发动机使用寿命具有重要意义。基于二维轴对称有限元模型、二向应力状态分析方法、唯像学和累积损伤理论建立了热障涂层危险点位置预测方法,阐明了热障涂层在热冲击环境下的失效机制。研究表明随氧化层厚度增加,陶瓷层内部轴向应力与剪切应力的峰值点沿余弦曲线的波峰向波谷方向移动;与传统应力分析方法相比,二向应力状态分析法得到的轴向应力与剪切应力峰值位置更加接近,有利于危险位置预测;基于唯象学寿命预测模型与疲劳累积理论相结合的方法,进一步确定出危险点位置在陶瓷层波峰至波谷轴向距离的3/10处,与实际陶瓷层内开裂的位置基本吻合,验证了危险点预测方法的准确性。