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热障涂层破坏理论与评价技术（英文版）

热障涂层破坏理论与评价技术（英文版）
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作者: ,
出版社: 科学出版社
2022-10
版次: 1
ISBN: 9787030733290
定价: 499.00
装帧: 精装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 934页
字数: 350.000千字
分类: 工程技术
  • 整书内容分为三篇，共15章。第一篇即第1～6章，介绍热障涂层的破坏理论，其中第1章和第2章分别介绍热力化耦合的理论框架和非线性有限元理论，第3～6章分别介绍热障涂层界面氧化、CMAS腐蚀、冲蚀热力化耦合的破坏理论与机制。第二篇即第7～12章，介绍热障涂层性能与损伤的表征技术，第7～9章凝练热障涂层基本力学性能、断裂韧性、残余应力的各种先进表征方法，第10～12章介绍裂纹、界面氧化、应力应变场等关键损伤参量的无损实时表征方法。第三篇即第13～15章，介绍热障涂层性能评价技术，包括隔热与强度综合效果的评价、可靠性与服役寿命的评价以及模拟考核方法与试验平台方面的进展。 目录

    Contents 

    1　Introduction　1 

    1.1　TBCs and the Corresponding Preparation Methods　2 

    1.1.1　TBC Materialsand Structures　2 

    1.1.2　TBC Preparation Methods　4 

    1.2　TBC Spallation Failure and Its MainIn.uencingFactors　9 

    1.2.1　Service Conditions for TBCs　9 

    1.2.2　TBC Spallation Failure and Its MainIn.uencing Factors　10

    1.3　Solid Mechanics Requirements and Challenges Generated by TBC Failure　14 

    1.3.1　Solid Mechanics Requirements Generated by TBC Failure　14 

    1.3.2　Solid Mechanics Challenges Presented by TBC Failure　17

    1.4　Content Overview　21 

    References　23 

    2　Basic Theoretical Frameworks for Thermo–Mechano-Chemical Coupling in TBCs　27 

    2.1　Continuum Mechanics　27 

    2.2　Theoretical Frameworkfor Thermo–Mechano-Chemical Coupling Basedon Small Deformation　30 

    2.2.1　Strain and Stress Measures BasedonSmall Deformation[5，6]　30 

    2.2.2　Stress–Strain Constitutive Relations Based onSmall Deformation[5，6]　47 

    2.2.3　Constitutive Theoryfor Thermomechanical CouplingBased on Small Deformation[11]　52 

    2.2.4　Constitutive Theory forThermo–Mechano-Chemical Coupling Basedon Small Deformation[16]　61 

    2.3　Theoretical Frameworkfor Thermo–Mechano-Chemical Coupling BasedonLarge Deformation　68 

    2.3.1　Kinematic Description[9]　68 

    2.3.2　Stressand StrainMeasures　71 

    2.3.3　Mass Conservation and Force Equilibrium Equations　74 

    2.3.4　Constitutive Theoryfor Thermomechanical Coupling Basedon Large Deformation[18，25，26]　80 

    2.3.5　Constitutive Theory for Thermo–Mechano-Chemical Coupling BasedonLarge Deformation　85 

    2.4　Summary and Out look　93 

    References　97 

    3　Nonlinear FEA of TBCs on Turbine Blades　99 

    3.1　FEAPrinciples　100 

    3.1.1　Functional Variational Principle　100 

    3.1.2　WeakFormof theEulerianFormulation　105 

    3.1.3　FEDiscretizati on of the Eulerian Formulation　108 

    3.1.4　WeakFormof theLagrangian Formulation　111 

    3.1.5　FE Discretizati on of the Lagrangian Formulation　113 

    3.1.6　WeakFormof the Arbitrary Lagrangian–Eulerian Formulation　116 

    3.1.7　Initial and Boundary Conditions　121 

    3.2　FE Modeling of TBCs on Turbine Blades　122 

    3.2.1　Geometric Characteristicsof Turbine Blades　122 

    3.2.2　Parametric Modelingof Turbine Blades　124 

    3.3　Mesh Generationfor Turbine Blades　140 

    3.3.1　Generationof Unstructured Meshes　141 

    3.3.2　Structured Meshes for Turbine Blades　145 

    3.4　Image-Based FE Modeling　150 

    3.4.1　Image-BasedFEM　151 

    3.4.2　2D TGO Interface Modeling　153 

    3.4.3　Porous Ceramic Layer Modeling　156 

    3.4.4　D3TGO Interface Modeling Method　157 

    3.5　Summaryand Outlook　158 

    References　159 

    4　Geometric Nonlinearity Theory for the Interfacial Oxidation of TBCs　163 

    4.1　Interfacial Oxidation Phenomenon andFailure　164 

    4.1.1　Characteristics and Patterns of Interfacial Oxidation　164 

    4.1.2　StressField Inducedby Interfacial Oxidation　167 

    4.1.3　Coating SpallationInducedby Interfacial Oxidation　170 

    4.2　TGO Growth Model Basedon Diffusion Reaction　172 

    4.2.1　Governing Equations　172 

    4.2.2　FESimulation　178 

    4.3　Thermo–Chemo–Mechanical CouplingAnalytical Model forInterfacial OxidationofTBCs　188 

    4.3.1　Thermo–Chemo–Mechanical Coupling Analytical Growth Model forInterfacial Oxidation　188 

    4.3.2　Thermo–Chemo–Mechanical Coupling Growth Constitutive Relations forInterfacial Oxidation　201 

    4.3.3　Analysis of theThermo–Mechano-Chemical CouplingGrowthPatterns and Mechanisms DuringInterfacialOxidation　222 References　232 

    5　Physically Nonlinear Coupling Growth and Damage Caused by Interfacial Oxidation in TBCs　235 

    5.1　Physically Nonlinear Model forThermo–Mechano–Chemical Coupling Growth Causedby Interfacial Oxidationin TBCs　236 

    5.1.1　Model Framework　236 

    5.1.2　Numerical Implementation　243 

    5.1.3　Resultsand Discussion　246 

    5.1.4　Analytical Coupling Model for Interfacial Oxidation　252 

    5.1.5　Comparison with Experimental Results　256 

    5.2　Interfacial Oxidation Failure Theorythat Integrates the CZM and PFM　262 

    5.2.1　Integrated CZM and PFM Framework　262 

    5.2.2　Introductionto PFM　263 

    5.2.3　Introductionto CZM for Phase-FieldCrack Interactions　267 

    5.2.4　Numerical Implementation　271 

    5.2.5　Resultsand Discussion　273 

    5.3　Summary and Out look　281 

    5.3.1　Summary　281 

    5.3.2　Outlook　283 

    References　283 

    6　Thermo–Mechano–Chemical Coupling During CMAS Corrosion in TBCs　287 

    6.1　Correlation Analysisof Molten CMASIn.ltration and Its KeyIn.uencingFactors　288 

    6.1.1　Theoretical Model for Mol ten CMASIn.ltration Depthin EB-PVD TBCs　288 

    6.1.2　Experimentsonthe MoltenCMASIn.ltration Depthinan EB-PVD TBC and Its In.uencing Factors　298 

    6.1.3　CMASIn.ltration Depthinthe EB-PVD TBC and ItsIn.uencing Factors　299 

    6.1.4　In.ltration of CMAS Meltsin an APS TBC　308 

    6.2　Microstructural Evolution， Deformation， and Composition Loss of Coatings Dueto Corrosion　312 

    6.2.1　Microstructural Evolution and Deformation ofCoatings　312 

    6.2.2　Thermo–Mechano–Che
  • 内容简介:
    整书内容分为三篇，共15章。第一篇即第1～6章，介绍热障涂层的破坏理论，其中第1章和第2章分别介绍热力化耦合的理论框架和非线性有限元理论，第3～6章分别介绍热障涂层界面氧化、CMAS腐蚀、冲蚀热力化耦合的破坏理论与机制。第二篇即第7～12章，介绍热障涂层性能与损伤的表征技术，第7～9章凝练热障涂层基本力学性能、断裂韧性、残余应力的各种先进表征方法，第10～12章介绍裂纹、界面氧化、应力应变场等关键损伤参量的无损实时表征方法。第三篇即第13～15章，介绍热障涂层性能评价技术，包括隔热与强度综合效果的评价、可靠性与服役寿命的评价以及模拟考核方法与试验平台方面的进展。
  • 目录:
    目录

    Contents 

    1　Introduction　1 

    1.1　TBCs and the Corresponding Preparation Methods　2 

    1.1.1　TBC Materialsand Structures　2 

    1.1.2　TBC Preparation Methods　4 

    1.2　TBC Spallation Failure and Its MainIn.uencingFactors　9 

    1.2.1　Service Conditions for TBCs　9 

    1.2.2　TBC Spallation Failure and Its MainIn.uencing Factors　10

    1.3　Solid Mechanics Requirements and Challenges Generated by TBC Failure　14 

    1.3.1　Solid Mechanics Requirements Generated by TBC Failure　14 

    1.3.2　Solid Mechanics Challenges Presented by TBC Failure　17

    1.4　Content Overview　21 

    References　23 

    2　Basic Theoretical Frameworks for Thermo–Mechano-Chemical Coupling in TBCs　27 

    2.1　Continuum Mechanics　27 

    2.2　Theoretical Frameworkfor Thermo–Mechano-Chemical Coupling Basedon Small Deformation　30 

    2.2.1　Strain and Stress Measures BasedonSmall Deformation[5，6]　30 

    2.2.2　Stress–Strain Constitutive Relations Based onSmall Deformation[5，6]　47 

    2.2.3　Constitutive Theoryfor Thermomechanical CouplingBased on Small Deformation[11]　52 

    2.2.4　Constitutive Theory forThermo–Mechano-Chemical Coupling Basedon Small Deformation[16]　61 

    2.3　Theoretical Frameworkfor Thermo–Mechano-Chemical Coupling BasedonLarge Deformation　68 

    2.3.1　Kinematic Description[9]　68 

    2.3.2　Stressand StrainMeasures　71 

    2.3.3　Mass Conservation and Force Equilibrium Equations　74 

    2.3.4　Constitutive Theoryfor Thermomechanical Coupling Basedon Large Deformation[18，25，26]　80 

    2.3.5　Constitutive Theory for Thermo–Mechano-Chemical Coupling BasedonLarge Deformation　85 

    2.4　Summary and Out look　93 

    References　97 

    3　Nonlinear FEA of TBCs on Turbine Blades　99 

    3.1　FEAPrinciples　100 

    3.1.1　Functional Variational Principle　100 

    3.1.2　WeakFormof theEulerianFormulation　105 

    3.1.3　FEDiscretizati on of the Eulerian Formulation　108 

    3.1.4　WeakFormof theLagrangian Formulation　111 

    3.1.5　FE Discretizati on of the Lagrangian Formulation　113 

    3.1.6　WeakFormof the Arbitrary Lagrangian–Eulerian Formulation　116 

    3.1.7　Initial and Boundary Conditions　121 

    3.2　FE Modeling of TBCs on Turbine Blades　122 

    3.2.1　Geometric Characteristicsof Turbine Blades　122 

    3.2.2　Parametric Modelingof Turbine Blades　124 

    3.3　Mesh Generationfor Turbine Blades　140 

    3.3.1　Generationof Unstructured Meshes　141 

    3.3.2　Structured Meshes for Turbine Blades　145 

    3.4　Image-Based FE Modeling　150 

    3.4.1　Image-BasedFEM　151 

    3.4.2　2D TGO Interface Modeling　153 

    3.4.3　Porous Ceramic Layer Modeling　156 

    3.4.4　D3TGO Interface Modeling Method　157 

    3.5　Summaryand Outlook　158 

    References　159 

    4　Geometric Nonlinearity Theory for the Interfacial Oxidation of TBCs　163 

    4.1　Interfacial Oxidation Phenomenon andFailure　164 

    4.1.1　Characteristics and Patterns of Interfacial Oxidation　164 

    4.1.2　StressField Inducedby Interfacial Oxidation　167 

    4.1.3　Coating SpallationInducedby Interfacial Oxidation　170 

    4.2　TGO Growth Model Basedon Diffusion Reaction　172 

    4.2.1　Governing Equations　172 

    4.2.2　FESimulation　178 

    4.3　Thermo–Chemo–Mechanical CouplingAnalytical Model forInterfacial OxidationofTBCs　188 

    4.3.1　Thermo–Chemo–Mechanical Coupling Analytical Growth Model forInterfacial Oxidation　188 

    4.3.2　Thermo–Chemo–Mechanical Coupling Growth Constitutive Relations forInterfacial Oxidation　201 

    4.3.3　Analysis of theThermo–Mechano-Chemical CouplingGrowthPatterns and Mechanisms DuringInterfacialOxidation　222 References　232 

    5　Physically Nonlinear Coupling Growth and Damage Caused by Interfacial Oxidation in TBCs　235 

    5.1　Physically Nonlinear Model forThermo–Mechano–Chemical Coupling Growth Causedby Interfacial Oxidationin TBCs　236 

    5.1.1　Model Framework　236 

    5.1.2　Numerical Implementation　243 

    5.1.3　Resultsand Discussion　246 

    5.1.4　Analytical Coupling Model for Interfacial Oxidation　252 

    5.1.5　Comparison with Experimental Results　256 

    5.2　Interfacial Oxidation Failure Theorythat Integrates the CZM and PFM　262 

    5.2.1　Integrated CZM and PFM Framework　262 

    5.2.2　Introductionto PFM　263 

    5.2.3　Introductionto CZM for Phase-FieldCrack Interactions　267 

    5.2.4　Numerical Implementation　271 

    5.2.5　Resultsand Discussion　273 

    5.3　Summary and Out look　281 

    5.3.1　Summary　281 

    5.3.2　Outlook　283 

    References　283 

    6　Thermo–Mechano–Chemical Coupling During CMAS Corrosion in TBCs　287 

    6.1　Correlation Analysisof Molten CMASIn.ltration and Its KeyIn.uencingFactors　288 

    6.1.1　Theoretical Model for Mol ten CMASIn.ltration Depthin EB-PVD TBCs　288 

    6.1.2　Experimentsonthe MoltenCMASIn.ltration Depthinan EB-PVD TBC and Its In.uencing Factors　298 

    6.1.3　CMASIn.ltration Depthinthe EB-PVD TBC and ItsIn.uencing Factors　299 

    6.1.4　In.ltration of CMAS Meltsin an APS TBC　308 

    6.2　Microstructural Evolution， Deformation， and Composition Loss of Coatings Dueto Corrosion　312 

    6.2.1　Microstructural Evolution and Deformation ofCoatings　312 

    6.2.2　Thermo–Mechano–Che
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