(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210751273.4 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓山左家垅 (72)发明人 宋佳楠　卢知来　黄佳　李少林　 陈思雨　夏建芳　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 夏菁 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 涉及氧化层动态 生长的涂层失效分析方法、 装置及设备 (57)摘要 本发明涉及界面应力应变模拟领域， 特别公 开了一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析 方法， 通过接收模拟自变量， 所述模拟自变量包 括积分点坐标、 温度及热暴露时间； 根据所述模 拟自变量， 通过预设的氧化层厚度 ‑温度‑热暴露 时间函数， 确定目标氧化层厚度； 将所述目标氧 化层厚度输入受试热障涂层的有限元模型中， 使 所述有限元模型中的氧化层根据所述目标氧化 层厚度沿 界面法线方向生长， 并结合预设的边界 条件输出对应的膨胀应力应变场数据； 根据所述 模拟自变量及所述边界条件确定热不匹配应力 应变场数据； 根据所述膨胀应力应变场数据及所 述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效 状态。 本发明实现界面非均匀氧化生长动态模 拟， 从而提升 了准确度。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 115081285 A 2022.09.20 CN 115081285 A 1.一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析 方法， 其特 征在于， 包括： 接收模拟自变量， 所述模拟自变量包括积分点 坐标、 温度及热暴露时间； 根据所述模拟自变量， 通过预设的氧化层厚度 ‑温度‑热暴露时间函数， 确定目标氧化 层厚度； 将所述目标氧化层厚度输入受试热障涂层的有限元模型中， 使所述有限元模型中的氧 化层根据所述目标氧化层厚度沿界面法线方向生长， 并结合预设的边界条件输出对应的膨 胀应力应 变场数据； 根据所述模拟自变量及所述 边界条件确定热不匹配 应力应变场数据； 根据所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层损伤失效状 态。 2.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法， 其特征在于， 所述有 限元模型沿厚度方向依次包括陶瓷层、 氧化层、 粘结层 及基体层； 相邻的层的接触区域沿厚度方向网格加密。 3.如权利要求2所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法， 其特征在于， 在确定 所述涂层损伤失效状态之前， 包括： 根据所述模拟自变量及边界条件， 通过所述陶瓷层与 所述氧化层 之间的界面插入的内 聚力单元， 确定界面 开裂数据； 相应地， 所述根据所述膨胀应力 应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层 损伤失效状态包括： 根据所述膨胀应力 应变场数据、 所述界面开裂数据及所述热不匹配应力应变场数据确 定涂层损伤失效状态。 4.如权利要求2所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法， 其特征在于， 在确定 所述涂层损伤失效状态之前， 包括： 根据所述模拟自变量及边界条件， 通过所述陶瓷层内部的富集单元， 确定裂纹萌生及 扩展数据； 相应地， 所述根据所述膨胀应力 应变场数据及所述热不匹配应力应变场数据确定涂层 损伤失效状态包括： 根据所述膨胀应力 应变场数据、 所述裂纹萌生及扩展数据及所述热不匹配应力 应变场 数据确定 涂层损伤失效状态。 5.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法， 其特征在于， 当所述 氧化层属于整体均匀 增长时， 所述目标 氧化层厚度的获得 方法包括： εox1＝K(t)n 其中， εox1为整体均匀增长情况下的目标氧化层厚度， K为氧化生长系数， t为高温热暴 露时长， n 为氧化生长指数。 6.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法， 其特征在于， 当所述 氧化层属于波峰非均匀 增长时， 所述目标 氧化层厚度的获得 方法包括： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115081285 A 2其中， εox2为波峰非均匀增长情况下的目标氧化层厚度， Ktop为波峰氧化层生长系数， Kaverage为平均氧化层生长系 数， t为热暴露时长， n为氧化生长指数， x为目标物质点坐标， λ 为界面的半波长 。 7.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法， 其特征在于， 当所述 氧化层属于波谷非均匀 增长时， 所述目标 氧化层厚度的获得 方法包括： 其中， εox3为波谷非均匀增长情况下的目标氧化层厚度， Kvalley为波谷氧化层生长系数， Kaverage为平均氧化层生长系数， t为热暴露时长， n为氧化层生长指数， x为目标物质点坐标， λ为界面的半波长 。 8.如权利要求1所述的涉及氧化层动态生长的涂层失效分析方法， 其特征在于， 当所述 氧化层属于整体非均匀 增长时， 所述目标 氧化层厚度的获得 方法包括： 其中， εox4为波整体非均匀增长情况下的目标氧化层厚度， Kvalley为波谷氧化层生长系 数， Ktop为波峰氧化层生长系数， Kaverage为平均氧化层生长系数， t为热暴 露时长， n为氧化层 生长指数， x为目标物质点 坐标， λ为界面的半波长 。 9.一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析装置， 其特 征在于， 包括： 接收模块， 用于接收模拟自变量， 所述模拟自变量包括积分点坐标、 温度及热暴露时 间； 氧化厚度模块， 用于根据所述模拟自变量， 通过预设的氧化层厚度 ‑温度‑热暴露时间 函数， 确定目标 氧化层厚度； 膨胀应力应变模块， 用于将所述目标氧化层厚度输入受试热障涂层的有限元模型中， 使所述有限元模型中的氧化层根据所述目标氧化层厚度沿界面法线方向生长， 并结合预设 的边界条件输出对应的膨胀应力应 变场数据； 热不匹配模块， 用于根据所述模拟自变量及所述边界条件确定热不匹配应力应变场数 据； 损伤失效计算模块， 用于根据 所述膨胀应力应变场数据及所述热不匹配应力应变场数 据确定涂层损伤失效状态。 10.一种涉及氧化层动态生长的涂层失效分析设备， 其特 征在于， 包括： 存储器， 用于存 储计算机程序； 处理器， 用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的涉及氧化层动 态生长的涂层失效分析 方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115081285 A 3