Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmoud Salimi,MohammadReza Forouzan,Mehdi Salehi
محمود سلیمی (استاد راهنما) محمدرضا فروزان (استاد مشاور) مهدی صالحی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeed Asghari Varzaneh
سعید اصغری ورزنه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1381

TITLE

Fracture Modeling of Thermal Barrier Coatings
: Thermal Barrier Coatings (TBCs) are widely applied to internally cooled gas turbine component parts to lower the base metal temperatures. Such coatings eventually fail due to thermal cycling and are generally subjected to large cyclic stresses. In this research, fracture failure of TBC under thermal cycling is investigated. According to microstructural attributes of as-sprayed as well as sintered plasma sprayed ceramic coatings, a model is proposed to simulate the nonlinear stress- strain behavior of plasma sprayed ceramic coatings under compression and changes of the stress- strain behavior due to sintering at high temperature. The results of the parametric analyses indicate that the major part of changes of the stress-strain behavior in the sintering process is due to surface diffusion which lowers the density of the microcracks. A numerical model is also proposed to investigate the performance of the TBC under thermal cycling. The simulation results explain the experimentally observed cracking patterns. The growth of oxide layer and the sintering of the top coat layer are realized to be the main sources of fracture in TBCs. Finally, the crack behavior in the top coat layer is investigated by using the Modified Crack Closure Integral (MCCI) technique. Keywords: Thermal Barrier Coating (TBC), Sintering, Modified Crack Closure Integral (MCCI), Fracture, Plasma Spray .
: پوشش‌های محافظ حرارتی (Thermal Barrier Coatings) به دلیل مزایای منحصر به فردشان در جهت افزایش دمای کاری و راندمان توربین گاز به طور گسترده‌ای در اجزای مختلف توربین مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پوشش‌ها علیرغم داشتن مزایای فراوان، در هنگام کارکرد و مواجهه با دمای بالا، مکانیزم‌های تخریب متعددی در آنها فعال گشته که هر کدام به گونه‌ای عملکرد پوشش را تحت تاثیر قرار داده و باعث افت عملکرد آن و در بعضی از موارد منجر به تخریب جزئی یا کلی آن می‌گردند. در طی این تحقیق، مکانیزم تخریب شکست و جدایی پوشش از روی فلز پایه مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، مدلی بر اساس مشخصات ریزساختاری پوشش سرامیک تازه پاشش داده شده حاصل از فرایند پاشش حرارتی و پوشش تف‌جوش شده در دمای بالا ارائه شده است تا رفتار غیر خطی پوشش‌های سرامیک پاشش حرارتی شده تحت بارگذاری فشاری و تغییر رفتار تنش- کرنش پوشش ناشی از فرایند تف‌جوشی در دمای بالا را شبیه‌سازی نماید. نتایج حاصل از مدل به کمک نتایج تجربی راستی آزمایی شده است. نتایج آنالیز حساسیت نشان می‌دهد که عمده تغییرات خواص مکانیکی و رفتار پوشش در طی فرایند تف‌جوشی، ناشی از فرایند نفوذ سطحی بوده که در طی آن از میزان ریزترک‌های موجود در پوشش کاسته می‌شود. در ادامه مدلی برای بررسی عملکرد پوشش محافظ حرارتی تحت بارگذاری دمایی ارائه شده است که در آن تحولات متالورژیکی که در پوشش در حین کارکرد اتفاق می‌افتد، لحاظ شده است. به کمک نتایج حاصل از مدل ارائه شده، ضمن توجیه فرایندهای فیزیکی شکست که در لایه‌های مختلف پوشش و در فصول مشترک آنها اتفاق می‌افتد، تاثیر پارامترهای ریزساختاری لایه سرامیک بیرونی بر روی تنش‌های موثر در شکست پوشش نیز بررسی گردیده است. رشد لایه اکسید و تف‌جوشی لایه سرامیک بیرونی از عوامل مهم در تخریب پوشش تشخیص داده شده‌اند. با استفاده از تکنیک Modified Crack Closure Integral (MCCI)، رفتار ترک در نواحی مختلف لایه سرامیک بیرونی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهند که بارگذاری ترک‌ها با رشد لایه اکسید تغییر می‌یابد و فرایند رشد ترک جدایی تنها می‌تواند در نواحی نزدیک به فصل مشترک لایه‌های اکسید و سرامیک بیرونی اتفاق بیافتد. همچنین زبری سطوح در هنگام فرایند پاشش تاثیر زیادی بر روی بارگذاری ترک دارد. بنابراین از نقطه نظر مکانیک شکست بهتر است که دامنه ناهمواری تا حد امکان کمتر شود هر چند که از نقطه نظر فرایند پوشش‌دهی، بایستی حداقل زبری سطح موجود باشد تا چسبندگی لایه سرامیک بیرونی به لایه واسطه به خوبی صورت پذیرد. بنابراین زبری بهینه‌ای وجود دارد که در آن دو معیار شکست و چسبندگی به طور همزمان و به طور نسبی ارضاء می‌شوند. کلمات کلیدی: پوشش محافظ (سپر) حرارتی، مکانیک شکست، پاشش حرارتی، تف‌جوشی، ترک، سرامیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی