CN109635371A - 热障涂层敏感度分析方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种热障涂层敏感度分析方法，包括：构建所述热障涂层的局部敏感度分析模型；定义所述局部敏感度分析模型的特征位置点，以及影响所述热障涂层性能的关键参数；获取所述关键参数对所述特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线，以及所述关键参数对所述特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线；根据所述第一影响关系曲线和所述第二影响关系曲线，建立所述热障涂层的所述特征位置点处性能对所述关键参数的敏感度分析矩阵。
Description
技术领域
本申请涉及航空技术领域，具体提供一种热障涂层敏感度分析方法。
背景技术
热障涂层是现代高性能航空发动机及高超声速飞行器的关键热防护材料，并且对能源、船舶、电离等工业燃气轮机也具有重要意义。
热障涂层一般为多层结构，且每层物理性能、热性能和力学性能都不同，传统的热障涂层研制过程中涂层材料组分的确定及结构参数的确定主要是依据经验值和试错法，通过试验结论来验证涂层隔热性能及重量等是否能够达到性能指标要求，严重影响了热障涂层研发、设计及应用的成本和周期。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种热障涂层敏感度分析方法，包括：构建所述热障涂层的局部敏感度分析模型；定义所述局部敏感度分析模型的特征位置点，以及影响所述热障涂层性能的关键参数；获取所述关键参数对所述特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线，以及所述关键参数对所述特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线；根据所述第一影响关系曲线和所述第二影响关系曲线，建立所述热障涂层的所述特征位置点处性能对所述关键参数的敏感度分析矩阵。
根据本申请的至少一个实施例，所述特征位置点包括涂层外表面、涂层与基材截面处以及基材外表面中的一种或多种。
根据本申请的至少一个实施例，所述关键参数包括厚度、比热、热导率、发射率、边界气流马赫数、弹性模量以及热膨胀系数中的一种或多种。
根据本申请的至少一个实施例，所述局部敏感度分析模型为有限元模型，构建所述热障涂层的局部敏感度分析模型，包括：采用有限元建模工具，构建所述热障涂层的局部敏感度分析模型，并根据所述热障涂层各层的结构参数、材料组分以及热物性参数进行属性定义。
根据本申请的至少一个实施例，获取所述关键参数对所述特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线，以及所述关键参数对所述特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线，包括：采用有限元分析方法，获取所述关键参数对所述特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线；以及，采用有限元分析方法，获取所述关键参数对所述特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线。
本申请实施例提供的热障涂层敏感度分析方法，相较于传统的设计方法，通过有限元数值分析的手段，进行虚拟试验，获得热障涂层性能受关键参数的影响规律，实现热障涂层的优化设计，缩短了研发周期，降低了研制成本。
附图说明
图1是本申请实施例提供的热障涂层敏感度分析细节模型；
图2是本申请实施例提供的不同厚度的热障涂层稳态温度场分布；
图3是本申请实施例提供的一个特征位置点稳态温度随热障涂层厚度变化图；
图4是本申请实施例提供的另一个特征位置点稳态温度随热障涂层厚度变化图；
图5是本申请实施例提供的又一个特征位置点稳态温度随热障涂层厚度变化图；
图6是本申请实施例提供的再一个特征位置点稳态温度随热障涂层厚度变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请实施例提供的热障涂层敏感度分析方法包括以下步骤：
步骤101，构建热障涂层的局部敏感度分析模型。
可选地，局部敏感度分析模型为有限元模型，构建热障涂层的局部敏感度分析模型可以采用有限元建模工具，来构建热障涂层的局部敏感度分析模型，并根据热障涂层各层的结构参数、材料组分以及热物性参数进行属性定义。
步骤102，定义局部敏感度分析模型的特征位置点，以及影响热障涂层性能的关键参数。
其中，特征位置点包括涂层外表面、涂层与基材截面处以及基材外表面中的一种或多种。关键参数包括厚度、比热、热导率、发射率、边界气流马赫数、弹性模量以及热膨胀系数中的一种或多种。
需要说明的是，本实施例中的“多种”表示“两种”以及“两种以上”。
步骤103，获取关键参数对特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线，以及关键参数对特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线。
可选地，可以采用有限元分析方法，获取关键参数对特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线；以及，关键参数对特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线。
步骤104，根据所述第一影响关系曲线和所述第二影响关系曲线，建立所述热障涂层的所述特征位置点处性能对所述关键参数的敏感度分析矩阵。
下面结合一个具体的示例，以涂层的厚度为关键参数来对本申请实施例提供的热障涂层敏感度分析方法来进行详细说明。
示例性的，某热障涂层采用8％氧化钇稳定氧化锆陶瓷，粘接层为TiAl和NiCrAlY的复合层，机体蚕蛹SiC/SiC复合材料。
如图1所示，采用有限元建模工具，建立厚度分别为0.8mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm、2.8mm、3.2mm的热障涂层的局部敏感度分析细节模型。
定义热证涂层的三个特征位置点：热证涂层外表面、热障涂层/机体截面、机体外表面。
定义影响热证涂层性能的关键参数：涂层的厚度。
如图2所示，对不同厚度的热障涂层进行稳态温度场有限元数值分析，得出沿厚度方向的温度场分布。
如图3、图4、图5和图6所示，根据温度场分布得出热障涂层各特征位置点稳态温度随热障涂层厚度变化曲线。
根据有限元分析结果，建立热障涂层各特征位置点温度随涂层厚度变化的敏感度分析矩阵，如表1所示。
表1热障涂层各特征位置点温度随厚度变化敏感度分析矩阵
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种热障涂层敏感度分析方法，其特征在于，包括：
构建所述热障涂层的局部敏感度分析模型；
定义所述局部敏感度分析模型的特征位置点，以及影响所述热障涂层性能的关键参数；
获取所述关键参数对所述特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线，以及所述关键参数对所述特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线；
根据所述第一影响关系曲线和所述第二影响关系曲线，建立所述热障涂层的所述特征位置点处性能对所述关键参数的敏感度分析矩阵。
2.根据权利要求1所述的热障涂层敏感度分析方法，其特征在于，所述特征位置点包括涂层外表面、涂层与基材截面处以及基材外表面中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的热障涂层敏感度分析方法，其特征在于，所述关键参数包括厚度、比热、热导率、发射率、边界气流马赫数、弹性模量以及热膨胀系数中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的热障涂层敏感度分析方法，其特征在于，所述局部敏感度分析模型为有限元模型，
构建所述热障涂层的局部敏感度分析模型，包括：
采用有限元建模工具，构建所述热障涂层的局部敏感度分析模型，并根据所述热障涂层各层的结构参数、材料组分以及热物性参数进行属性定义。
5.根据权利要求4所述的热障涂层敏感度分析方法，其特征在于，获取所述关键参数对所述特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线，以及所述关键参数对所述特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线，包括：
采用有限元分析方法，获取所述关键参数对所述特征位置点处的温度场的第一影响关系曲线；以及，
采用有限元分析方法，获取所述关键参数对所述特征位置点处的应力场的第二影响关系曲线。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 周益春 等: "热障涂层的破坏机理与寿命预测" * |
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