EikoTwin DIC在復(fù)合材料熱載荷中的應(yīng)用

時(shí)間：2025-01-24作者：北京喬澤科技有限公司瀏覽：1

法國(guó)Safran科技中心與法國(guó)國(guó)家航空航天研究中心共同研究了環(huán)境屏障涂層陶瓷基復(fù)合材料（CMC/EBC）在熱梯度載荷下的損傷行為。使用高熱通量的CO2激光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)有限元模型較新（FEMU）和損傷模型（ONERA損傷模型，ODM）進(jìn)行數(shù)值模擬。實(shí)驗(yàn)中，EikoTwin DIC技術(shù)被用于將測(cè)量的熱場(chǎng)投影到有限元模型的網(wǎng)格上，確保實(shí)驗(yàn)和數(shù)值數(shù)據(jù)的一致性。

引言

SiC/SiC陶瓷基復(fù)合材料（CMC）因其高溫性能和低密度，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件的有力替代品。然而，CMC需要環(huán)境屏障涂層（EBC）來(lái)防止水蒸氣環(huán)境中的表面退化。因此，理解CMC/EBC系統(tǒng)在復(fù)雜熱力學(xué)載荷下的行為和損傷機(jī)制至關(guān)重要。



表征和模擬熱梯度負(fù)載下 CMC/EBC 行為的三個(gè)關(guān)鍵步驟示意圖

實(shí)驗(yàn)方法

使用高熱通量的CO₂激光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，配備紅外相機(jī)、可見(jiàn)光相機(jī)、聲**傳感器和雙色金相儀。進(jìn)行了疲勞熱循環(huán)測(cè)試（30個(gè)循環(huán)）和單調(diào)熱加載測(cè)試，較大溫度分別為800°C、1050°C和1250°C。聲**信號(hào)在800°C時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)，隨著溫度升高，損傷累積加劇。



多儀器激光裝置的示意圖和照片、試樣照片和帶有熱梯度的熱場(chǎng)照片



較高溫度隨時(shí)間的變化（a）在三段溫度的熱循環(huán)試驗(yàn)中，（b）在熱單調(diào)加載中



掃描電子顯微鏡（SEM）觀察到的裂紋及其在試樣上的定位

數(shù)值模擬

EikoTwin DIC技術(shù)的應(yīng)用

在數(shù)值模擬中，EikoTwin DIC技術(shù)被用于將實(shí)驗(yàn)測(cè)量的熱場(chǎng)投影到有限元模型的網(wǎng)格上。這種方法通過(guò)選擇特征點(diǎn)來(lái)匹配實(shí)驗(yàn)測(cè)量的熱場(chǎng)與有限元模型的網(wǎng)格，從而確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬之間的精確對(duì)應(yīng)。通過(guò)這種技術(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬之間的差異得以較小化，提高了研究結(jié)果的可靠性。

模型建立

使用有限元模型較新（FEMU）方法來(lái)確定激光形狀和溫度場(chǎng)，以確保實(shí)驗(yàn)和數(shù)值數(shù)據(jù)的一致性。CMC材料采用橫向各向異性彈性性質(zhì)和損傷模型（ONERA損傷模型，ODM）；EBC材料采用彈性行為。模擬結(jié)果表明，損傷區(qū)域的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)觀察到的裂紋位置相符。



通過(guò) Eikotwin 軟件對(duì)紅外熱像儀測(cè)量的熱場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格投影



測(cè)量熱場(chǎng)（投影在網(wǎng)格上）與計(jì)算熱場(chǎng)的比較

結(jié)論

本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值方法深入了解了CMC/EBC系統(tǒng)在熱梯度載荷下的行為和損傷機(jī)制。EikoTwin DIC技術(shù)在確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的一致性方面起到了關(guān)鍵作用，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化CMC結(jié)構(gòu)提供了重要參考。


北京喬澤科技有限公司專注于高加速壽命試驗(yàn)箱,非接觸應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng),人體生物力學(xué)分析軟件等

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