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激光冲击金属黏结层高温热循环应力演化规律的有限元模拟

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目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律.方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-LSPed)试样危险区域的失效形式;使用拉曼光谱法(RFS)对氧化后的金属黏结层进行残余应力测试.结果 TGO应力分布随着形貌的起伏呈现相应的起伏变化.TGO表面压应力最大值出现在波峰位置,经10次热循环后LSPed试样TGO表面S11(平行于涂层表面的正应力)压应力最大值大于Non-LSPed试样,经50次热循环后LSPed试样TGO表面压应力最大值远小于Non-LSPed试样;随着热循环次数的增加,2类试样TGO/BC界面S11应力的差别变小.LSPed试样TGO表面S22(垂直于涂层表面的应力)应力随着热循环次数的增加逐渐增大,但S22拉应力小于250 MPa,应力总体偏低.TGO/BC界面S22、S12(平行于涂层表面的剪切应力)应力随循环次数的变化规律基本一致,经10次热循环后,LSPed试样的S22、S12应力均大于Non-LSPed试样;经50次热循环后,2类试样界面的S22、S12应力相差不大.结论 文中构建的TGO应力有限元仿真模型,模拟结果与测试结果吻合.LSP通过调控TGO生长速度,可以有效缓解TGO生长过程中应力的剧烈变化,大幅降低TGO表面S11和S12应力最大值,进而降低TGO表面产生垂直于表面贯穿裂纹和剪切破坏的风险,LSP对TGO表面(TGO/BC界面)应力状态的影响较小.
Finite Element Simulation of the Stress Evolution of the Laser Shock Peening Metallic Bond Coat in High Temperature Thermal Cycles

laser shock peeningthermal cyclethermally grown oxidebond coatstress distributionfinite element simulation

王瑞涵、花银群、叶云霞、蔡杰、戴峰泽

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江苏大学机械工程学院,江苏 镇江 212013

江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院,江苏 镇江 212013

江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院,江苏 镇江 212013

激光冲击 热循环 热生长氧化物 黏结层 应力分布 有限元仿真

国家自然科学基金江苏省重点研发产业前瞻项目镇江市重点研发计划

U1933124BE2020037GY2019005

2024

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.01.012

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中国兵器工业第五九研究所,中国兵工学会防腐包装分会,中国兵器工业防腐包装情报网

表面技术

CSTPCD北大核心
影响因子：1.39
ISSN：1001-3660
年,卷(期)：2024.53(1)
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