ارزيابي عمر خستگي ترمومكانيك قطعات داراي پوشش حائل حرارتي

كارشناسي ارشد

بسياري از قطعات مهندسي در شرايط كاري خود تحت دماي بالا و بارگذاري نوساني دچار شكست مي¬شوند و تخمين مناسب عمر اين قطعات از اهميت بالايي برخوردار است. شكست در اين قطعات ناشي از برهم‌كنش فرآيندهايي مانند خستگي، خزش، اكسيداسيون مي‌باشد. فرآيند اكسيداسيون، به‌عنوان تابعي از دامنه كرنش، نرخ كرنش، فاز كرنش- دما، و سينتيك اكسيداسيون در نظر گرفته مي¬شود. آسيب خزش نيز بر اساس تنش، دما، فاز كرنش-دما و زمان مي¬باشد. بررسي عمر فلز پايه داراي پوشش سد حرارتي و تعيين و بهبود پارامترهاي مهم و تأثيرگذار پوشش كه در شرايط متفاوت محيطي و بارگذاري مي¬تواند بر روي عمر قطعه تأثيرگذار باشد، حائز اهميت است. در اين تحقيق در ابتدا خستگي و اهميت آن بررسي‌شده و عوامل مؤثر بر خستگي ترمومكانيكي بيان‌شده است. نحوه¬ي تأثير هر يك از مكانيزم¬هاي خرابي در خستگي ترمومكانيكي بررسي و درباره¬ي رفتار آن‌ها با توجه به محيط و شرايط بارگذاري از كارهاي محققين موردبحث قرارگرفته است. از نرم‌افزار شبيه‌سازي المان محدود آباكوس براي مدل‌سازي قطعه و پوشش حائل حرارتي روي قطعه تحت بارگذاري ترمومكانيكي، استفاده گرديده و براي بررسي و تخمين عمر ترمومكانيكي، كد سابروتين UVARM نوشته‌شده است. از مدل آسيب سيتقلو كه بر اساس مشاهدات ميكرو ساختاري آسيب در پوشش سد حرارتي كه شامل آسيب خستگي مكانيكي، اكسيداسيون و خزش مي¬باشد، استفاده‌شده است. آسيب خستگي مكانيكي، با استفاده از روش‌هاي كلاسيك (مانسون- كافين- باسكوئين) و دامنه كرنش، مدل‌سازي شده است. جهت تعيين نقش هندسه و شرايط مرزي بارگذاري دمايي، مدل ساده‌شده پره توربين با مدل آزمايش مورد مقايسه قرارگرفته و تأثير آن بر دماي سطح و نهايتاً عمر ترمومكانيكي به‌دست‌آمده است. نقش هر يك از ويژگي¬هاي لايه بالايي سراميكي پوشش ازجمله ضخامت و ضريب هدايت گرمايي بر عمر ترمومكانيكي بررسي‌شده است. تأثيرات دو نوع روش پوشش دهي APS و EB-PVD بر عمر ترمومكانيكي مدل پره توربين با توجه به تغييرات به وجود آمده در اعمال پوشش‌ها بررسي‌شده است. اثر پديده¬ي تفجوشي كه موجب تغييرات در خواص لايه سراميكي پوشش مي¬شود بر عمر ترمومكانيكي پره در صد ساعت اول كه به مقدار اشباع خود مي¬رسد و در عمر نهايي بررسي و تأثيرات آن مورد تحليل قرارگرفته است. بررسي¬ها نشان مي¬دهد كه هر يك از ويژگي¬هاي ضخامت و ضريب هدايت گرمايي لايه¬ي بالايي پوشش حائل حرارتي، نقش بسزايي در عمر ترمومكانيكي قطعه دارند كه در نظرگيري تغييرات آن‌ها براي نوع پوشش دهي و يا تأثيرات ناشي از تفجوشي براي عمر ترمومكانيكي ضروري است.

195356

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي - جامدات

دكتر بيژن محمدي