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申请/专利权人：西安电子科技大学

摘要：本发明公开了一种考虑热力化耦合的高速旋转热障涂层可靠性评价方法，包括以下步骤：步骤一：构建考虑高速旋转的宏观涡轮叶片热障涂层几何模型；步骤二：构建考虑热力化耦合的热障涂层微观结构几何模型；步骤三：建立相应的失效准则，测量每个随机参数的分布类型；步骤四：输入COMSOL不确定性量化模块并定义捕捉Mises应力的探针；步骤五：采用自适应高斯过程对其进行训练得到代理模型；步骤六：计算热障涂层的失效概率；步骤七：对失效概率可视化得到可靠性云图；步骤八：提炼热障涂层的关键影响因素。本发明能综合考虑热力化耦合与分散性的本质以及高速旋转作用，来提高工作叶片热障涂层可靠性评价的准确性，同时提高计算效率，降低计算成本。

主权项：1.一种考虑热力化耦合的高速旋转热障涂层可靠性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用SolidWorks构建宏观高速旋转涡轮叶片热障涂层几何模型，导入ANSYSICEM划分网格，在ANSYSWorkbench模拟得到高速旋转涡轮叶片热障涂层的温度场和应变场，将温度场、应变场随节点数、三个方向的坐标导出为excel文件，然后将温度和应变提取为N×2维数组Mi，i代表第i个坐标点；步骤二：通过AutoCAD构建热障涂层微观结构几何模型，导入COMSOL并划分计算网格；将建立的热障涂层热力化耦合本构方程输入COMSOL中作为求解控制方程；将热障涂层的材料参数输入COMSOL中作为求解材料参数；将步骤一第i个坐标点的温度和应变输入COMSOL中作为求解边界条件；步骤三：根据高速旋转涡轮叶片热障涂层的失效模式建立相应的失效准则；测量高速旋转涡轮叶片热障涂层的服役环境参数、微结构参数、性能参数，利用随机参数统计学分布函数统计出每个参数的均值和标准差，得到每个随机参数的分布类型；步骤四：将步骤三建立的失效准则输入到COMSOL中定义为变量Z_cri，然后在COMSOL不确定性量化模块中将变量Z_cri设置为关注量，阈值设为小于0；将步骤三获得的各随机参数的平均值、标准差和分布类型作为输入量设置到COMSOL不确定性量化模块中；同时在COMSOL不确定性量化模块的研究类型中选择可靠性分析；并定义捕捉Mises应力的探针，用于捕捉热障涂层微观结构几何模型中的Mises应力；步骤五：COMSOL不确定性量化模块根据步骤四中各输入量的分布类型进行蒙特卡罗拉丁超立方抽样或重要性抽样，将抽到的每组随机参数输入到步骤二的热障涂层微观模型中进行评估，并采用自适应高斯过程或自适应稀疏多项式混沌展开对其进行训练得到代理模型；步骤六：使用步骤五的代理模型代替步骤二的原始热障涂层微观模型进行蒙特卡罗模拟，根据各输入量的分布类型进行拉丁超立方抽样或重要性抽样，将抽到的每组随机参数输入到代理模型中计算得到Mises应力；步骤四中定义的探针将捕捉到的Mises应力反馈到失效准则中判断关注量Z_cri是否小于零，若Z_cri0，则失效次数Nf自动加1；当抽样的样本总数为N时，则可以得到第i个坐标点的失效概率Pf＝NfN；步骤七：运用Python循环语句将步骤一数组Mi中每个坐标点的温度和应变作为平均值进行步骤二至步骤六的计算，即可得到所有坐标点的失效概率，然后将失效概率进行可视化获得不同循环次数下高速旋转涡轮叶片热障涂层的失效概率云图，即实现了高速旋转涡轮叶片热障涂层的可靠性评价；步骤八：在COMSOL不确定性量化模块的研究类型中分别选择MOAT方法的筛选和Sobal指数的灵敏度分析，筛选能够定性得出影响高速旋转涡轮叶片热障涂层的关键影响因素，灵敏度分析还可定量分析出各随机变量对热障涂层可靠性的影响。

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