热障涂层失效行为与寿命预测研究进展

热障涂层是航空发动机热端部件的重要功能材料,其强度与寿命分析技术是热障涂层应用基础研究的重点。涂层的提前失效将使金属基体暴露在高温燃气环境中,加速材料性能的退化,严重影响飞行安全。合理的强度评判标准以及寿命预测模型可以有效减小服役过程中热障涂层失效,提高发动机可靠性。介绍了热障涂层的损伤机理、寿命分析技术的发展现状,展望了航空发动机热障涂层寿命分析技术的发展趋势。     

航空发动机叶片失效分析中的共性问题

综述了航空发动机叶片失效分析的基本思路和方法。从强调叶片失效分析的力学背景出发 ,提出了设计上的不足是叶片失效的根本原因 ;分析了叶片制造加工质量与故障叶片之间的辨证关系 ;论述了叶片工作寿命与叶片失效的相关性。在失效分析方法上 ,指出了现行理论计算所存在的局限性 ,强调了动态测试分析对故障定性的重要作用。     

航空发动机叶片换效分析中的共性问题

综述了航空发动机叶片失效分析的基本思路和方法。从强调叶片失铲分析的力学背景出发，提出了设计上的不足是叶片失效的根本原因；分析了叶片制造加工质量与故障叶片之间的辨证关系；论述了叶片工作寿命与叶片失效的相关性，在失效分析方法上，指出了现行理论计算所存在的局限性，强调了动态测试分析对故障定性的重要作用。     

航空发动机热端部件隔热陶瓷涂层应用研究

针对涡轮导向器叶片和转子叶片隔热陶瓷涂层的结构体系及喷涂工艺技术发展,等离子和电子束物理气相沉积（ＥＢ－ＰＶＤ）涂层优缺点,涂层失效机理、涂层界面强度特性分析及寿命分析方法进行了阐述。并针对国内隔热涂层研究的现状及所做的初步研究工作,对我国隔热陶瓷涂层的发展提出了看法。     

Leitz叶轮检测方案

整体叶轮作为动力机械的关键部件,广泛应用于航空航天等领域.叶轮叶片的型面非常复杂,对发动机性能影响大,设计研制周期长,制造工作量大.其加工、检测一直被视为制造业中的难题之一,叶轮加工过程中的全面质量控制是叶轮制造过程中的重要环节. 叶轮主要检测位置有叶片、流道和前缘等,参见图1.检测项目有叶片轮廓度和厚度、叶尖和内流道轮廓度、前缘轮廓度等. 叶轮检测的难点在于: (1)叶轮叶片属于自由曲面(包括窄流道),叶片扭曲严重,测量时极易发生干涉.自动生成无干涉探针移动轨迹比较困难.     

热障涂层的失效机理和力学模型

综述了热障涂层 (TBC)系统的结构特点、常规机械性能的测试方法、失效模式和失效机理 ,分析了现有的几种预测寿命模型。主要结论为 :无论是等离子喷涂法 ,还是电子束物理汽相沉积法 (ED -PVD)和电子束化学汽相沉积法制造的涂层 ,粘结层的氧化是失效的一个重要原因 ;目前广泛采用的压痕法以及数值分析法得到的涂层材料性能与实际情况都有较大的差距 ;在制造和热处理过程中带来的残余应力与残余应变对涂层寿命有较大的影响 ,当前的分析和实验手段都不能很好处理这个问题。重点分析了NASA提出的几个涂层寿命模型 ,这些模型都考虑了细观结构的变化和失效机理 ,但模型参数的确定有较大的困难     

航天产品非金属材料/ 制品贮存寿命评估技术

从非金属材料老化机理与寿命预测模型、老化行为表征技术、贮存环境试验与寿命评估技术等方面,概述了国内外的技术发展和现状,介绍了航天产品用非金属材料及制品贮存寿命评估技术的发展及其应用进展。     

随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的导弹部件寿命预测

为了解决某型导弹部件的贮存寿命预测问题,提出了一种随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的寿命预测方法。针对产品存在退化失效与突发失效两种失效模式,利用Wiener、Gamma及Inverse Gaussian等随机过程模型拟合各性能参数的退化数据,并采用Copula函数进行相关性退化失效建模;利用随机环境应力冲击解释突发失效的机理,并采用非均匀泊松过程对突发失效建模;进而建立退化失效与突发失效竞争的贮存寿命预测模型。实例应用说明所提方法能够反映出导弹部件的失效规律,比传统预测方法具有更高的预测准确性,具有较好的工程应用价值。     

抗疲劳制造技术的发展及其在高端轴承制造中的应用

抗疲劳制造技术与长寿命关键结构件是航空工业的核心竞争力,是航空制造业中首先要解决的关键问题。本文首先介绍了金属的疲劳破坏机理,然后阐述了抗疲劳制造技术的理念、发展概况及其所包含的关键技术,最后详细探讨了以超声振动复合强化为代表的抗疲劳制造技术在延长航空领域高端轴承钢球疲劳寿命中的应用。     

考虑耦合损伤的燃气轮机叶片材料高低周复合疲劳寿命研究

燃气轮机叶片在实际工作过程中,受到高低周载荷共同作用而易发生疲劳失效.针对高低周复合疲劳损伤演化和寿命预测比较复杂这一问题,考虑高低周载荷叠加形成的耦合损伤,建立了一种新的高低周复合疲劳寿命预测模型,在此基础之上,引入弱化函数描述某些低幅高周载荷对复合损伤的弱化作用,建立了具有低载强化寿命效应的高低周复合疲劳寿命预测模...     

热障涂层氧化和热疲劳寿命实验研究

本论文是热障涂层氧化和热疲劳寿命研究工作的第一部分,主要针对等离子、EB-PVD两种类型的涂层,开展涂层的氧化和热疲劳实验研究,并为后面建立和校核涂层的寿命预测模型奠定实验基础。整个研究工作的重点放在设计合适的实验方案或方法,了解国内目前涂层喷涂工艺水平下涂层的寿命特点和失效模式,并结合微观的分析,了解涂层氧化和热疲劳失效的机理。整个实验工作分为涂层氧化实验和热疲劳实验;氧化实验考虑到了氧化增重和氧化层厚度的两个参量的测量;热疲劳考虑到了主要由循环热不匹配应力引起的寿命失效和带高温保持时间的热循环疲劳失效,及其氧化的影响。      

铸件中显微孔洞特征及其对疲劳寿命影响的研究进展

铸件在铸造过程中会不可避免地产生显微孔洞,严重降低了铸件疲劳寿命。本文综述铸件中显微孔洞特征(尺寸、形状和空间分布)对疲劳寿命的影响,包括显微孔洞类型,孔洞特征分布规律,孔洞最大尺寸预测方法和含孔洞材料疲劳寿命预测方法;通过对疲劳寿命预测模型的回顾,发现目前含显微孔洞铸件疲劳寿命预测方法还不成熟;展望了显微孔洞特征对疲劳寿命影响的研究。提出未来应该依靠先进光源展开原位疲劳实验或者分子动力学仿真来研究孔洞疲劳失效微观机理,建立考虑不同显微孔洞特征参数,以及不同孔洞间相互影响的疲劳寿命定量预测模型。     

航空叶片型面三坐标检测技术现状及发展趋势

航空叶片的表面质量和型面精度直接影响航空发动机的气动性和使用性能,其型面的科学检测是保证航空叶片制造精度的重要技术之一。针对目前我国航空发动机叶片测量技术、仪器装备与国外先进水平存在差距的现状,通过对航空叶片型面三坐标检测技术研究现状及发展趋势进行归纳梳理,为叶片型面检测技术和相关仪器的开发提供参考。首先,阐述航空叶片检测的必要性并介绍叶片检测技术存在的一系列技术难点。然后,分析了叶片三坐标测量技术及设备的技术现状,并重点介绍了叶片型面三坐标检测过程中涉及的关键技术及其研究进展。最后,根据航空发动机叶片三坐标检测技术的现状及技术关键指出未来的发展趋势。     

热障兴层的失效机理和力学模型

综述了热障涂层（TBC）系统的结构特点,常规机械性能的测试方法,失效模式和失效机理,分析了现有的几种预测寿命模型。主要结论为：无论是等离子喷涂法,还是电子束物理汽相沉积法（ED－PVD）和电子束化学汽相沉积法制造的涂层,粘结层的氧化是失效的一个重要原因,目前广泛采用的压痕法以及数值分析法得到的涂层材料性能与实际情况都有较大的差距,在制造和热处理过程中带来的残余应力和残余应变对涂层寿命有较大的影响,当前的分析和实验手段都不能很好处理这个问题。重点分析了NASA提出的几个涂层寿命模型,这些模型都考虑了细观结构的变化和失效机理,但模型参数的确定的较大的困难。     

数字化COE模式的研究及在航空发动机叶片中的应用

如果说航空发动机是飞机的心脏，那么叶片就是发动机心脏中的关键组成部分。叶片是航空发动机中非常关键的一类典型零件，具有种类多、数量大、形面复杂、几何精度要求高等特点。在航空发动机零件中，叶片是寿命较短的零件，因此发动机叶片的制造品质直接影响到发动机性能与寿命。在现代战争条件下，对于航空发动机的零部件制造效率和制造质量提出较高要求，其中叶片作为发动机中数量最大的一类零件，其制造效率直接影响发动机整体制造效率，而叶片的制造品质直接影响到发动机性能与寿命。对叶片加工采用数字化技术，已成为当今世界发动机叶片制造手段的潮流与方向[1-5]。     

数值模拟技术在飞机复合材料结构制造中的应用

复合材料结构件在航空领域得到广泛应用,但制造中产生严重的翘曲变形影响外形精度和装配连接。因此,对其制造工艺的研究日益重要,尤其是对带有复杂轮廓型面复合材料整体结构件的制造工艺。本文对复合材料结构成型工艺中固化变形机理进行了分析,阐述了变形控制模拟技术的发展和其在飞机结构制造中应用的必要性,并以实例证明数值模拟技术是进行...     

气流激励下的叶片高周疲劳寿命研究的发展

航空发动机中叶片振动引起的高循环疲劳失效是尤为突出的问题,对近年来国内外关于叶片高周疲劳寿命的基本方法和研究进展进行了较为详细的综述,总结了目前叶片高周疲劳寿命研究的方法和特点.指出开展叶片高周疲劳寿命预估方法研究的重要途径是完善叶片系统在尾流激励下的动力响应分析方法和将概率设计引进叶片高周疲劳寿命评估.而进行叶片系统的振动响应分析,依赖于轮盘-叶片一体的三维实体模型的精确建立和适合于工程应用的流固耦合求解技术的完善.      

航空发动机关键构件制造可靠性技术研究

<正>在广泛的加工领域,尤其是上述航空难加工材料复杂构件的制造领域,高可靠性制造技术是航空发动机关键构件加工过程中的重要的技术保障,其先进性对相应工业领域的发展及产品的竞争优势起着举足轻重的作用。长寿命、高可靠性是航空航天产品的基本要求,长寿命、高可靠性制造是我国航空航天制造业急需突破的关键技术。据统计,航空事故中疲劳失效占80%以上[1],造成疲劳失效的主要原因是制造表面缺陷和质量一致性差。长寿命、高可靠性制     

热障涂层在CMAS环境下的失效与防护

随着航空发动机工作温度的提升,一种主要化学成分为CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2(简称CMAS)的环境沉积物对发动机叶片热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)的危害越来越严重,一方面导致叶片表面气膜冷却孔堵塞,降低冷效,改变叶片温度场和应力场;另一方面,引起叶片TBCs服役寿命大幅度下降。如何解决叶片TBCs表面CMAS吸附和渗透的问题对于高性能航空发动机的研制非常关键,也是目前TBCs研究领域的难点。本文重点阐述了TBCs在CMAS环境下的热化学、密实、相变等失效机理,并简述了国际上目前一些如涂层组织结构优化、添加阻渗层和牺牲层等解决CMAS问题的方法。     

基于微观特征定量辨识的加速有效性评估方法

开展加速试验已逐渐成为航空高性能结构（如涡轮叶片）性能分析与寿命管理的重要途径,然而对于加速试验结果的合理、有效评估成为了制约加速试验技术发展的难题。本文以现有物理机制方法为基础,通过构建微观结构特征与宏观性能之间的定量关系,提出基于微观特征定量辨识的加速有效性评估方法,对涡轮叶片加速损伤和失效机理进行系统阐释。结果表明：本文提出的评估方法克服了现有物理机制方法的主要缺点,使得评估结果更加准确可靠,对于提高航空高性能结构的性能分析与寿命预测的准确性具有重要的借鉴意义。