(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210643142.4 (22)申请日 2022.06.08 (71)申请人 中国航空发动机 研究院 地址 101304 北京市顺 义区顺兴 路21号 (72)发明人 荆甫雷　唐诗白　张常贤　 (74)专利代理 机构 北京鼎承知识产权代理有限 公司 11551 专利代理师 夏华栋　顾可嘉 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种涡轮叶片用热障涂层剥落寿命计算方 法 (57)摘要 本公开了一种涡轮叶片用热障涂层剥落寿 命计算方法， 以不带热障涂层的涡 轮叶片表面节 点信息作为输入， 避免在叶片表 面生成复杂的涂 层几何模型及有限元网格， 实现对涂层剥落寿命 的快速、 准确计算， 为带热障涂层关键零部件的 寿命设计和寿 命管理提供方法工具。 权利要求书4页 说明书9页 附图1页 CN 114861326 A 2022.08.05 CN 114861326 A 1.一种涡轮叶片用热障涂层剥落寿命计算方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 获取不带热障涂层的涡轮叶片的表面节点信息， 所述表面节点信息包括表面节 点的主应力、 主应 变、 方向矢量、 峰值温度、 谷值温度和峰值温度保持时间； 步骤2： 根据所述主应力、 所述主应变和所述方向矢量， 确定所述表面节点在面内方向 的峰值总应 变和谷值总应 变； 步骤3： 根据 所述峰值总应变、 所述谷值总应变、 所述峰值温度和所述谷值温度， 确定热 障涂层中陶瓷层、 热生长氧化物层和粘结层 在面内方向的峰值机 械应变和谷值机 械应变； 步骤4： 根据所述粘结层在面内方向的峰值机械应变和谷值机械应变， 确定热障涂层所 产生的力学驱动损伤； 步骤5： 根据所述峰值温度、 相应的所述峰值温度保持时间和当前循环 的循环数， 计算 当前循环的热障涂层所产生的氧化驱动损伤； 步骤6： 根据所述力学驱动损伤和所述氧化驱动损伤， 确定当前循环的热障涂层所产生 的总损伤； 步骤7： 根据所述陶瓷层在面内方向的谷值机械应变， 确定热障涂层发生剥落的损伤阈 值； 步骤8： 若所述总损伤未达到损伤阈值， 则当前循环的循环数加 1， 重复步骤4～7； 若所 述总损伤达到损伤阈值， 则确定表面节点处的热障涂层发生剥落， 输出对应的表面节点位 置以及所经历的循环数， 对下一个表面节点重复步骤1～7， 直至确定所有表面节点处的热 障涂层发生剥落， 得到涡轮叶片表面区域的热障涂层剥落寿命分布。 2.根据权利要求1所述的涡轮叶片用热障涂层剥落寿命计算方法， 其特征在于， 所述根 据所述主应力、 所述主应变和所述方向矢量， 确定所述表面节点在面内方向的峰值总应变 和谷值总应 变， 包括： 确定绝对值 最小的主应力对应的方向矢量作为表面法向量； 以方向矢量与表面法向量不一致的两个峰值载荷主应变和谷值载荷主应变分量作为 表面节点的面内总应 变； 在峰值载荷主应变中， 以表面节点的面内总应变中的较大值， 作为节点在面内方向的 峰值总应 变； 在谷值载荷主应变中， 以表面节点的面内总应变中的较大值， 作为节点在面内方向的 谷值总应 变。 3.根据权利要求1所述的涡轮叶片用热障涂层剥落寿命计算方法， 其特征在于， 所述根 据所述峰值总应变、 所述谷值总应变、 所述峰值温度和所述谷值温度， 确定热障涂层中陶瓷 层、 热生长氧化物层和粘结层 在面内方向的峰值机 械应变和谷值机 械应变， 包括： 根据所述峰值温度、 所述谷值温度以及所述热障涂层中陶瓷层、 热生长氧化物和粘结 层的热膨胀系 数， 计算陶瓷层、 热生长氧化物层和粘结层在由室温变化至所述峰值温度的 第一热应 变以及在由室温变化至所述谷值温度的第二热应 变； 根据热障涂层的无应力初始温度和涡轮叶片热膨胀系数， 计算陶瓷层、 热生长氧化物 和粘结层 在由所述无应力初始温度变化至室温时的残余应 变； 根据所述峰值总应变、 所述谷值总应变、 所述第 一热应变、 所述第二热应变和所述残余 应变， 确定热障涂层中陶瓷层、 热生长氧化物和粘结层在面内方向的峰值机械应变和谷值权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114861326 A 2机械应变。 4.根据权利要求3所述的涡轮叶片用热障涂层剥落寿命计算方法， 其特征在于， 所述根 据所述峰值温度、 所述谷值温度以及所述热障涂层中陶瓷层、 热生长氧化物和粘结层的热 膨胀系数， 计算陶瓷层、 热生长氧化物层和粘结层在由室温变化至所述峰值温度的第一热 应变以及在由室温变化至所述谷值温度的第二热应 变， 包括： 根据如下公式计算陶瓷层、 热生长氧化物和粘结层在由室温变化至所述峰值温度的第 一热应变以及在由室温变化至所述谷值温度的第二热应 变； 其中， 表示i层的第一热应变， αi(T)表示i层的热膨胀系数， Tpeak表示峰值温 度、 T0表示室温， 表示i层的第二热应变， Tvalley表示谷值温度， 下标i为 1时代表陶 瓷层， i为2时代表热生长氧化物层， i 为3时代表粘结层。 5.根据权利要求3所述的涡轮叶片用热障涂层剥落寿命计算方法， 其特征在于， 所述根 据热障涂层的无应力初始温度和涡轮叶片热膨胀系 数， 计算陶瓷层、 热生长氧化物层和粘 结层在由所述无应力初始温度变化至室温时的残余应 变， 包括： 根据如下公式计算陶瓷层、 热生长氧化物层和粘结层在由所述无应力初始温度变化至 室温时的残余应 变； 表示i层由所述无应力初始温度变化至室温时的残余应变， αs(T)表示涡轮叶 片热膨胀系数， αi(T)表示i层的热膨胀系数， Tfree表示热障涂层的无应力初始温度， T0表示 室温， 下标i为1时代表陶瓷层， i 为2时代表热生长氧化物层， i 为3时代表粘结层。 6.根据权利要求3所述的涡轮叶片用热障涂层剥落寿命计算方法， 其特征在于， 所述根 据所述峰值总应变、 所述谷值总应变、 所述第一热应变、 所述第二热应变和所述残余应变， 确定热障涂层中陶瓷层、 热生长氧化物和粘结层在面内方向的峰值机械应变和谷值机械应 变包括： 根据如下公式确定热障涂层中陶瓷层、 热生长氧化物层和粘结层在面内方向的峰值机 械应变和谷值机 械应变； 其中， 表示i层的峰值机械应变， 表示i层的谷值机械应变， 表示峰值 总应变， 谷值总应变， 表示i层的第一热应变， 表示i层的第二权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114861326 A 3