Modeling of the residual stresses and their effects on the TBC system after thermal cycling using Finite Element Method

• Autorzy: Ranjbar-Far M. , Absi J. , Mariaux G. , Shahidi S.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie metodą elementów skończonych naprężeń resztkowych i ich skutków dla układu TBC po cyklicznej zmianie temperatury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main goal of this work is to study the effects of the residual stresses due to the coating process on the final stress distribution within the Thermal Barrier Coatings system (TBC) after thermal cycling. The thermomechanical Finite Element Model (FEM) was developed to estimate the stress distribution. This model takes into account several phenomena: residual stress generation during the spraying of coatings, morphology of the top-coat/ bond-coat interface, oxidation at the bond-coat/top-coat interface, plastic deformation of the bond-coat and creep of all layers during thermal cycling. As results, we observed a critical stress after coating spraying, corresponding to a low substrate temperature and high cooling rate during spraying of the top-coat material.

PL

Głównym celem tej pracy są badania nad wpływem naprężeń resztkowych wywołanych procesem pokrywania na ostateczny rozkład naprężenia w układzie powłoki bariery cieplnej (TBC) po cyklicznym ogrzewaniu i studzeniu. Opracowano termo-mechaniczny model elementów skończonych (FEM) w celu oszacowania rozkładu naprężenia. Model ten uwzględnia szereg zjawisk: powstawanie naprężenia resztkowego podczas natryskiwania powłoki, morfologię granicy międzyfazowej pomiędzy powłoką wierzchnią i powłoką wiążącą, utlenianie na granicy międzyfazowej pomiędzy powłoką wierzchnią i powłoką wiążącą, deformację plastyczną powłoki wiążącej i pełzanie wszystkich warstw podczas cyklicznego ogrzewania i studzenia. Jako wynik zaobserwowano naprężenie krytyczne występujące po natryskaniu powłoki, korespondujące z niską temperaturą podłoża i dużą szybkością studzenia podczas natryskiwania wierzchniej powłoki materiału.

Słowa kluczowe

EN

plasma sprayed TBC; residual stress; zirconia; stress distribution; FEM

PL

powłoka bariery cieplnej natryskiwana plazmowo; naprężenie resztkowe; ZrO2; rozkład naprężeń; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 3
• Strony: 275--279
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Ranjbar-Far M.

autor

Absi J.

autor

Mariaux G.

autor

Shahidi S.

• GEMH, Ecole Nationale Superieure de Ceramique Industrielle, Limoges, France,

Bibliografia

• 1. Pekshev P.Y., Murzin I.G.: Surf. Coat. Technol., 56, (1993), 199.
• 2. Bengtsson P., Persson C.: Surf. Coat. Technol., 92, (1997), 78-86.
• 3. Widjaja S., Limarga A.M.: Thin Solid Films, 434, (2003), 216-227.
• 4. Kuroda S., Clyne T.: Thin Solid Films, 200, (1991), 49-66.
• 5. Zhang X.C., Xu B.S., Wang H.D., Wu Y.X.: Materials and Design, 27, (2006), 308-315.
• 6. Kokini K., Choules B.D., Takeuchi Y.R.: Thermal Spray Tech., 6, (1997), 43-49.
• 7. Rabiei A., Evans A.G.: Acta Mater., 48, (2000), 3963.
• 8. Bialas M.: Surf. Coat. Tech., 202, (2008), 6002-6010.
• 9. Sfar K., Aktaa J., Munz D.: Mat. Sci. Eng., A333, (2002), 351-360.
• 10. Rösler J., Bäker M., Aufzug K.: Acta Mater., 52, (2004), 4809-4817.
• 11. Tricoire A. : Barrières thermiques fissurées verticalement par projection plasma pour applications aéronautiques, Thesis Université of Limoges, 2005.
• 12. Matejicek J., Sampath S.: Acta Mater., 51, (2003), 863-872.
• 13. Zhang X.C., Xu B.S., Wang H.D., Wu Y.X.: Mater. Des., 27, (2006), 308-315.
• 14. Teixeira V.: Vacuum, 64, (2002), 393-399.
• 15. Białas M., Majerus P., Herzog R., Mróz Z.: Mater. Sci. Eng., A412, (2005), 241.
• 16. Majerus P.: Neue Verfahren zur Analyse des Verformungs-und Schädigungsverhaltens von MCrAlY-Schichten im Wärmedämmschichtsystem, Schriften des Forschungszentrums Jülich, Energy Technology, Volume 34, 2004.