بررسی تاثیر پوشش های محافظ حرارتی بر روی مواد تحت بار حرارتی

با پیشرفت تکنولوژی در صنایع هوافضا، خودرو سازی و ... نیاز به استفاده از قطعاتی که بتوانند دماهای بالاتری را نسبت به دماهای معمول تحمل کنند، از سال ها قبل احساس شده است. یکی از راه هایی که برای افزایش دمای کاری قطعات دما بالایی نظیر پره های توربین گازی، قطعات موتورهای احتراق داخلی و موتور جت استفاده می شود، استفاده از پوشش های محافظ حرارتی است. در این پژوهش، تحلیل ترموالاستیک استوانه جدار ضخیم با پوشش داخلی از جنس مواد تابعی تحت بارگذاری حرارتی و مکانیکی و همچنین محاسبه تنش های پسماند حرارتی ناشی از فرایند پوشش دهی انجام شده است. خواص مکانیکی و حرارتی پوشش به جز ضریب پواسون، بصورت کسر حجمی و بر حسب مختصات شعاعی تعریف می شوند. به منظور بدست آوردن تنش های پسماند حرارتی، از مدل استوانه چندلایه استفاده شده است. با در نظر گرفتن شرایط سازگاری در محل اتصال لایه ها و شرایط تعادل در راستای محور استوانه، مقادیر نیروی محوری هر لایه و فشار در محل اتصال لایه ها بدست آمده و در نتیجه توزیع تنش های پسماند حرارتی شعاعی، محیطی و محوری در استوانه و پوشش بدست آمده اند. به منظور تحلیل ترموالاستیسیته استوانه با پوشش ساخته شده از مواد تابعی نیز با استفاده از مدل استوانه جدار ضخیم چند لایه و تبدیل لاپلاس، معادلات انتقال حرارت و ناویر برای هر لایه بصورت جداگانه حل شده و میدان تنش های حرارتی گذرا در استوانه و پوشش بر حسب زمان بدست آمده اند. از مدلسازی نرم افزاری توسط نرم افزار abaqus 6.9 برای مقایسه نتایج آن با نتایج حل تحلیلی استفاده شده است. ضمناً از مدلسازی نرم افزاری برای بررسی تاثیر وجود پوشش های محافظ حرارتی روی ضریب شدت تنش ترکی لبه ای نیز استفاده شده است. با ارائه یک مثال، تاثیر ضخامت، پروفیل تغییرات خواص، خواص مکانیکی و حرارتی پوشش، در توزیع تنش های پسماند حرارتی و همچنین میدان گذرای دما، جابجایی و تنش های حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از تاثیر بسیار زیاد پروفیل تغییرات خواص و ضخامت پوشش در توزیع تنش های حرارتی است.