流-固-热多工况耦合作用下梯度复合涂层应力分布仿真分析

作     者：方博石 杨文明 陈皓生 FANG Boshi;YANG Wenming;CHEN Haosheng

作者机构：北京科技大学机械工程学院北京100083 清华大学机械工程系北京10008 

出 版 物：《中国表面工程》 (China Surface Engineering)

年 卷 期：2022年第35卷第3期

页      面：146-153页

核心收录：

学科分类：0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家科技重大专项(2019-VII-0015-0155) 国家自然科学基金(52005033)资助项目 

主　　题：复合涂层 梯度复合涂层 流-固-热耦合 力学性能 

摘      要：针对复合涂层的现有仿真方法多基于单一物理场的影响,不能反映多物理场耦合作用等实际工况下的力学性能。以航空发动机附件机匣的典型工况环境为背景,建立描述流-固-热耦合作用下梯度复合涂层各物理参数变化的数学模型,计算涂层不同分布方式下其内部的von Mises应力分布。结果表明,过渡层材料组分的渐变方式对涂层热应变和层内von Mises应力分布有较大影响,以航空发动机附件机匣中某型花键副为例,在施加实际工况下的载荷和温度条件后,温度场引起的热应力较载荷-润滑引起的应力更大,在润滑、热场和载荷的耦合作用下,三种分布方式的涂层最大应力均位于表层,随梯度的增大逐渐向基体扩散;梯度增大的过渡方式在涂层内可以获得最小的最大vonMises应力。在所关注的温度范围内,与梯度减小的过渡方式相比,使用梯度增大的过渡方式可使最大vonMises应力减小14.5%。所建立的仿真方法可模拟近似实际工况,研究结果可用于指导梯度复合涂层的设计和制备。