凭借着热障涂层在涡轮叶片上的使用,飞机发动机作为飞机的心脏能更好得为飞机提供源源不断的能量,使得飞机能更快,更安全的进行飞行。而飞机在作战服役时,时常要穿梭于各种恶劣的环境,经常要加速减速,在这种环境中使得热障涂层会产生各种各样的失效。其中冲蚀失效就是一种典型的失效形式,全世界各地学者围绕其在各方面进行了深刻的研究。而在数值模拟的模型建立方面,研究者通常不会考虑到涂层本身所携带的微孔洞与裂纹,这样并不能完全正确的解释冲蚀失效的过程。本文将跳出传统建模手段,立足于热障涂层的微观结构,建立带有真实微观孔洞、裂纹的冲蚀模型,进而探讨冲蚀中相关因素对热障涂层的影响。主要研究内容如下:第一,字图像处理技术与相关CAD软件,建立带有真实微观结构的APS-TBCs冲蚀模型。材料参数参考文献中所给,结合ABAQUS帮助手册及相关文件确定其破坏准则为Brittle Cracking破坏准则。分别建立了二维单颗粒冲蚀、三维实体冲蚀、二维多颗粒冲蚀模型。第二,通过改变冲蚀参数,如颗粒速度、颗粒粒度以及冲蚀角度来研究单颗粒冲蚀下不同冲蚀条件下冲蚀对热障涂层的影响。通过模拟发现,带有真实微观孔洞的冲蚀模型与不带微观孔洞的冲蚀模型在计算结果上有很大的不同。计算后发现:在改变速度后,发现其冲蚀率与速度成一种线性关系,改变粒度大小发现,热障涂层中的内能会随着粒度的变大而先增加后减少,说明有一个临界点,随着冲蚀角的增加,冲蚀率越来越大,在90°时达到最大值,而随着冲蚀角的增加,冲蚀率与角度之间的斜率越来越小,越接近90°,越平稳。第三,对二维冲蚀模型进行扩展分析,分别对三维实体冲蚀、二维多颗粒冲蚀模型进行模拟。在对三维模型的计算分析中发现改变粒度大小会改变最大残余应力在径向的分布情况,颗粒越大最大应力出现位置越靠下。在研究当冲蚀流垂直于TC层时发现其内能的变化随着速度增加呈现一种先增加后减少的趋势,说明冲蚀速度有一个临界值,到达此临界值材料就会以使自身破裂的形式来释放多余能量以此来达到平衡。在对平行于TC层的9颗粒冲蚀模拟中可以清楚地看到裂纹产生、扩展、相连再到涂层剥落的整个过程,此模型直接表现了涂层受到冲蚀后最经典的破坏形式,在受压过程中并不会产生太多的裂纹,而在冲击力卸载的过程中,TC层才会产生极大的拉应力将陶瓷层拉裂,从而导致涂层发生破坏。