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热力耦合作用下孔洞对热障涂层的断裂影响相场模拟

孔隙率,相场断裂,热障涂层,热力耦合

热障涂层广泛存在于各类航空航天发动机等耐高温环境中中，起到重要的防隔热作用，热冲击下热障涂层的裂纹扩展控制与防范是断裂力学领域的研究热点和挑战。大部分涂层由于工艺等问题会存在孔洞，而孔洞对热冲击下的涂层的隔热性能影响尚不明确。孔洞的存在不仅会降低涂层热导率，还会降低临界能量释放率，起到一定的隔热效果，本工作发展了热力耦合作用下复合材料的相场断裂模型，深入研究了孔洞的存在对涂层基底损伤的影响，结果表明较小孔隙率的存在会显著降低基底受损伤的面积，这是由于涂层利用孔洞的应力集中作用诱发损伤，保护了基底；达到较大孔隙率之后，孔洞所起到的隔热作用相对较小，且过多的孔洞会诱发多条裂纹，导致基底损伤加剧。这一现象表明热障涂层需要控制涂层含有合适的孔隙率，以达到最佳隔热保护的作用，对实际的工程具有指导意义。