陶瓷/金屬熱障涂層多層圓筒模型的有限元研究

徐燕（寧夏大學新華學院 寧夏銀川 750021）

陶瓷/金屬熱障涂層多層圓筒模型的有限元研究

徐燕（寧夏大學新華學院 寧夏銀川 750021）

陶瓷/金屬梯度熱障涂層是當前國內外材料科學最活躍的研究領域之一，由金屬和陶瓷復合成的梯度材料，需在保證隔熱效果的同時，使涂層具有更長的使用壽命。故熱應力的研究就顯得尤為重要。本文以陶瓷/金屬梯度熱障涂層多層圓筒模型為對象，用有限元法結合Anysis軟件對其溫度和熱應力分布規律進行了理論計算和分析。

梯度熱障涂層；有限元；熱傳導；熱應力

一種陶瓷/金屬熱障涂層的新型復合材料已經大量應用于我國航空航天事業的發展。常用的熱障涂層由金屬層和陶瓷層組成，但是陶瓷和金屬的熱膨脹系數及彈性模量等性能不匹配，會產生應力過度集中，使得涂層開裂或剝落損壞、過早地失效，影響材料的使用壽命。為提高涂層的抗氧化性能和力學性能，本文以常見的內燃機的汽缸套、排氣道等圓筒結構為模型，借助Anysis仿真軟件對陶瓷/金屬梯度熱障涂層的有限元法進行分析和研究，得出具有價值和意義的熱傳導效應結果。

一、多層圓筒模型有限元方程

對于實際應用中的圓筒結構梯度涂層，在對多層圓筒進行有限元分析時，常用以下方程式分析熱傳導和彈性分析，研究材料組成和微觀結構沿圓筒的變化和材料的性能。

根據陶瓷涂層多層圓筒模型穩態熱傳導的微分方程，利用有限元研究熱分析的理論基礎可推導得到陶瓷涂層多層圓筒模型有限元基本方程。……