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基于晶体塑性有限元的多相复合涂层应力与裂纹行为模拟

航空发动机刷式密封是常见的密封方式之一，在高温环境下刷丝与刷盘发生滑动摩擦会引起刷盘的磨损造成泄漏量超标。在刷盘表面采用热喷涂、激光熔覆等方式制备多相复合涂层可以显著提升刷盘的耐磨性，多相复合涂层通常包含粘结相、耐磨相、润滑相等成分。对多相复合涂层各相的成分配比、颗粒形态、性能参数进行模拟和优化可以节约实验成本和时间周期。本文采用泰森多边形方法建立多相复合涂层的微观晶体有限元模型，利用内聚力单元在各相之间添加可断裂的相界面，并使用有限元方法模拟了热-力耦合状态下复合涂层的应力场和裂纹行为。通过对模拟结果的分析拟合，结果表明各相的力学性能、热膨胀系数、摩擦系数会对裂纹行为产生显著影响，通过优化各相配比和性能参数，提出了热-力耦合状态下复合涂层的优化设计规范。