_ Cercetătorii stabilesc o capacitate mare metoda de evaluare pe mai multe scari a tensiunilor termice in acoperirile cu bariera termica

Acoperirile cu bariera termica (TBC) sunt utilizate pe scara larga la motoarele cu turbina cu gaz pentru a obtine temperaturi ridicate de lucru si pentru a imbunatati randamentul motorului. Tranziția de fază a stratului ceramic este însoțită de o diferență mare de volum, determinând concentrarea stresului termic, ducând în cele din urmă la desprinderea și la cedarea TBC-urilor. Prin urmare, este necesar să se evalueze cantitativ amploarea și distribuția stresului termic indus de tranziția de fază în stratul ceramic.

O echipă de oameni de știință din materiale condusă de prof. Xiaoyu Chong de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Kunming în Kunming, China a stabilit recent o metodă de evaluare multiscală de mare debit pentru stresul termic în TBC, care ia în considerare tranziția de fază a materialelor ceramice de top prin cuplarea calculelor de prim-principii cu simulări cu elemente finite.

Metoda evaluează cantitativ și vizualizează stresul termic al structurii TBC-urilor reale sub ciclul termic prin cuplare multicamp, care poate oferi o bază teoretică importantă și o îndrumare pentru predicția vieții și proiectarea inversă a materialelor de acoperire.

Echipa și-a publicat lucrările în Journal of Advanced Ceramics.

„În acest raport, dezvoltăm o metodă de evaluare multiscală cu randament ridicat pentru stresul termic în sisteme multistrat, care ia în considerare tranziția de fază a materialelor ceramice de vârf prin cuplarea calculelor de prim principiu cu simulări cu elemente finite. Această abordare poate evalua și vizualiza cantitativ stresul termic din TBC-uri pe baza structurilor reale, luând în considerare mediul de serviciu real supus ciclării termice”, a declarat Chong, profesor la Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor de la Universitatea de Știință și Tehnologie Kunming (China). ), ale căror interese de cercetare se concentrează pe domeniul calculului multiscale de mare performanță și al învățării automate.

„Intrarea proprietăților termofizice în simulările cu elemente finite sunt calculate prin calcule de prim principiu, în care metoda multiscale poate luați în considerare influența tranziției de fază și a temperaturii și reduceți simultan costul și timpul de obținere a proprietăților termofizice prin experimente", a continuat el.

Este o provocare să observați direct procesul de transformare de fază al acoperirii ceramice. Ca unul dintre Principalele motive pentru eșecul acoperirii, stresul termic este supus lipsei de testare cantitativă și metode de caracterizare, iar mediul de funcționare la temperatură ridicată crește, de asemenea, dificultatea încercării de stres termic cu transformare de fază.

"Simulările cu elemente finite. cuplate cu mai multe câmpuri fizice pot vizualiza și evalua cantitativ stresul termic al TBC. Cu toate acestea, proprietățile termofizice necesare pentru simulările cu elemente finite sunt derivate din măsurători experimentale, care ignoră efectele tranziției de fază și ale temperaturii”, a spus Mengdi Gan, primul autor al lucrării și doctorand coordonat de prof. Chong.

În studiu, cercetătorii dezvoltă o metodă de evaluare multiscală cu randament ridicat pentru stresul termic în sistemele multistrat, care ia în considerare tranziția de fază a materialelor ceramice de vârf prin cuplarea calculelor de prim principiu cu simulări cu elemente finite.

Această abordare poate evalua și vizualiza cantitativ stresul termic din TBC-uri pe baza structurilor reale, luând în considerare mediul de serviciu real supus ciclului termic. Proprietățile termofizice introduse în simulările cu elemente finite sunt calculate prin calcule de prim principiu pe care metoda multiscală poate lua în considerare influența tranziției de fază și a temperaturii și, în același timp, poate reduce costul și timpul de obținere a proprietăților termofizice prin experimente.

În această lucrare, tantaliții de pământuri rare (RETaO4) sunt introduși ca straturi ceramice, iar rezultatele demonstrează că stresul termic suferă o escaladare rapidă în apropierea temperaturii de tranziție de fază, în special în sistemul TBCs_GdTaO4. Această discontinuitate a tensiunii termice poate proveni din modificările mari ale modulului Young și ale conductivității termice în apropierea temperaturii de tranziție de fază.

Sistemele TBCs_NdTaO4 și TBCs_SmTaO4 prezintă gradienți de scădere a temperaturii remarcabili și fluctuații minime ale stresului termic, care sunt benefice pentru prelungirea duratei de viață a TBC-urilor. Această abordare facilitează predicția mecanismelor de defecțiune și oferă îndrumări teoretice pentru proiectarea inversă a materialelor TBC pentru a obține sisteme de stres termic scăzut.

Alți contribuitori includ Mengdi Gan, Tianlong Lu, Wei Yu, Jing Feng de la Facultate de Știința și Ingineria Materialelor la Universitatea de Știință și Tehnologie Kunming din Kunming, China.

(Fluierul)