热障涂层厚度及厚度不均热无损检测的数值模拟

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1、第31卷2010正第1期1月航空学报ACTAAERONAUTlCAETASTRONAUTlCASINICAV01．31No．IJan．2010文章编号：1000一6893(2010)01一0198一06热障涂层厚度及厚度不均热无损检测的数值模拟郭兴旺，丁蒙蒙(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)SimulationofThermalNDTofThicknessandItsUnevennessofThermalBarrierCoatingsGUOXingwang，DingMengmeng(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomati

2、on，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：研究了热障涂层(TBC)厚度及厚度不均的红外热无损检测(IRTNDT)的建模和基于有限单元法的数值模拟。在柱坐标系下以轴对称模型描述热障涂层结构的瞬态热传导，建立相应的物理模型及有限元模型。用有限元分析软件ANSYS计算涂层结构受热脉冲激励后的温度场，研究热无损检测可检信息参数(如最大温差和最大对比度)与厚度特征参数(厚度差和厚度)的关系。结果表明，在涂层公称厚度一定时，最大温差和最大对比度与厚度差呈非线性关系，它们随着厚度差的增大而增大；在涂

3、层厚度差一定时，最大温差和最大对比度与涂层公称厚度呈非线性关系，它们随着涂层公称厚度的增加而减小。利用计算所得的可检信息参数与厚度特征参数的关系可以反向估计陶瓷层厚度差和厚度。这些研究结果为热障涂层厚度及厚度不均的红外热无损检测及表征提供了基本理论依据。关键词：材料检测与分析技术；无损检测；仿真；热障涂层；厚度测量；热像法中图分类号：TGll5．28}V250．2文献标识码：AAbstract：Modelingandnumericalsimulationofinfraredthermalnondestructivetesting(IRTNDT)forthethicknessandits

4、unevennessofthermalbarriercoatings(TBC)arestudiedbythefiniteelementmethod．ThetransientheatconductionofTBCstructuresisdescribedbyanaxisymmetricalmodelincylindricalcoordinates，andthecorrespondingphysicalmodelandfiniteelementmodelareconstructed．ThetemperaturefieldoftheTBCstructuresstimulatedbyaheat

5、ingpulseisanalyzedbyusingthefiniteelementanalysissoftwareANSYS。andtherelationshipbetweentheTNDTinformationparameters(suchasthemaximumdifferentialtemperatureandmaximumcontrast)andthicknesscharacteristicparameters(thicknessdifferenceandthickness)areex-plored．Theresultsshowthatatafixedcoatingthickn

6、ess，themaximumtemperaturedifferenceandmaximumcontrastareanonlinearfunctionofthethicknessdifferenceandtheyincreasewiththeincreaseofthicknessdifferences．Atafixedcoatingthicknessdifference，themaximumtemperaturedifferenceandmaximumcon-trastareanonlinearfunctionofthecoatingthickness，andtheydecreasewh

7、enthecoatingthicknessincreases．Thethicknessdifferenceandthicknessofceramiccoatingscartbeevaluatedinverselybythecalculatedrelationshipbetweentheinformationparametersandthethicknesscharacteristicparameters．Theseresultsprovidet