شبیه سازی عددی تنشهای پسماند در پوشش سد حرارتی درجه بندی شده ( la2zr2o7/8ysz) مورد استفاده در ساخت موتور توربوفن

پوشش های سد حرارتی با هدف عایق کردن اجزای موجود در بخش های داغ توربین های گازی در جهت افزایش دمای کاری و بازدهی این قطعات مورد استفاده قرار می گیرند و اهمیت آن در صنعت رو به افزایش است. در این پژوهش، امکان سنجی در انتخاب مواد و روش ساخت از طریق شبیه سازی توزیع حرارت و تنش پسماند در پوشش های نوین درجه بندی شده با دو لایه اصلی سرامیکی و فصل مشترک سینوسی با استفاده از روش المان محدود انجام شده است. در این راستا، یک مدل دو بعدی چند لایه درجه بندی شده برای شبیه سازی فرایند در محیط نرم افزار آباکوس تدوین شده است. خواص فیزیکی حرارتی و مکانیکی ماده در مدل، وابسته به دما تعریف شده و از قانون مخلوط های ورگارد برای محاسبه خواص مورد نیاز لایه های کامپوزیتی استفاده شده است. در مدل مکانیکی که به صورت یک طرفه با مدل حرارتی کوپل شده است قانون هوک و رفتار الاستیک و وابستگی دمایی کشسانی برای تشریح رفتار سیلان ماده استفاده شده است. به منظور ارزیابی مدل حرارتی و مکانیکی، شبیه سازی توزیع حرارت و تنش پسماند در یک سیستم پوشش سد حرارتی چندلایه درجه بندی شده با فصل مشترک سینوسی انجام گرفت و نتایج حاصل از شبیه سازی برای توزیع حرارت و تنش پسماند با مقادیر آزمایشگاهی موجود در منابع مقایسه و تطابق مناسبی مشاهده گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که با افزایش حرارت ورودی حین سیکل گرمایش، میزان تنش پسماند افزایش می یابد و همچنین، مقادیر تنش در سیکل سرمایش بزرگتر از مقادیر تنش در سیستم گرمایش خواهد بود. روند کیفی یا علامت جبری تنش در ناهمواری های سطحی نیز چه در حین بالارفتن دمای مجموعه تا دمای سرویس و چه در حین سردشدن تا دمای محیط دارای الگوی یکسانی است. درجه بندی شدن سیستم پوشش سد حرارتی، میزان تنش تا حدود نصف نسبت به سیستم معمولی کاهش می دهد و به افزایش عمر سیستم سد حرارتی کمک می کند؛ علت این پدیده را می توان در نزدیکتر شدن اختلاف بین ضرایب انبساط حرارتی در لایه های کامپوزیتی درجه بندی شده با لایه های مجاور بیان نمود.