ОЦЕНКА НДС И АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ В СИСТЕМЕ «ЖАРОПРОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ – ПОКРЫТИЕ» В СЛУЧАЕ ПОДЛОЖКИ НЕКАНОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ | Механика | композиционных | материалов и конструкций
> Том 24 > №2 / 2018 / Страницы: 151-170 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2018.24.02.157_170.01

ОЦЕНКА НДС И АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ В СИСТЕМЕ «ЖАРОПРОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ – ПОКРЫТИЕ» В СЛУЧАЕ ПОДЛОЖКИ НЕКАНОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

,

Аннотация:

Построена математическая модель на базе метода конечных элементов для оценки напряженно-деформированного состояния при тепловом нагружении системы «подложка – покрытие» с учетом особенностей деформирования подложки неканонической формы. Решена односвязная задача термоупругости в постановке для обобщенной плоской деформации в CAE-системе SIMULIA Abaqus. В качестве подложки неканонической формы рассмотрена лопатка авиационного газотурбинного двигателя. Получено неравномерное распределение тепловых напряжений в системе по периметру профиля лопатки. В точках перехода пологих участков профиля к криволинейным (к кромке) выявлены скачки напряжений. Определена область применимости широко используемой на практике аналитической безмоментной модели при оценке напряжений в системе «подложка – покрытие» – прямолинейные, пологие участки подложки относительно больших толщин. При исследовании напряженно-деформированного состояния многослойных тонкостенных конструкций сложной геометрии велико влияние изгибных деформаций и кривизны системы. Разработана методика определения уровня нормальных и сдвиговых контактных напряжений, инициирующих адгезионное разрушение в системе «подложка – покрытие». Для выбранной конфигурации лопатки и принятых свойств материалов слоев определены наиболее вероятные области и температуры начала разрушения адгезионной связи на отрыв и сдвиг. Дана оценка требуемого уровня прочности сцепления покрытия с подложкой, обеспечивающего сохранение целостности системы в рассмотренных условиях эксплуатации. Прогнозирование уровня, характера распределения напряжений и адгезионной прочности в системе «подложка – покрытие» позволяет научно подойти к разработке архитектуры покрытий (выбору химического и фазового состава слоев, их количества, толщин и способов формирования), а также существенно сократить объем экспериментальных исследований и испытаний, время и затраты на их реализацию.

21