热冲击条件下基于非傅里叶热传导的热涂层单边裂纹问题力学分析  

MECHANICS ANALYSIS OF AN EDGE CRACK OF THERMAL BARRIER COATINGS UNDER THERMAL SHOCK WITH NON-FOURIER MODEL

作　　者：张士元[1] 郑百林[2] 贺鹏飞[2] 

机构地区：[1]福建工程学院土木工程系,福建福州350007 [2]同济大学航空航天与力学学院,上海200092

出　　处：《工程力学》2010年第10期47-51,64,共6页Engineering Mechanics

基　　金：福建省青年人才基金项目(2007F301050044);福建省教育厅科技基金项目(JK2009023);福建工程学院科研基金项目(GY-Z0705)

摘　　要：热涂层厚度达到微、纳米尺度,基于傅里叶热传导定律建立的宏观热传导模型不再适用,相应的单边裂纹问题与宏观的有所差异。该文将非傅里叶热传导模型与傅里叶热传导模型相结合所得的温度场作为热载荷,运用有限元方法对单边裂纹驱动力(J积分)进行分析,并与完全按傅里叶热传导模型计算的结果进行比较,同时分析热涂层的热物理性能(如:松弛时间、声速)对J积分的影响。研究表明:基于非傅里叶热传导模型得到J积分比基于傅里叶热传导模型得到的结果小,随着松弛时间减短、声子速度降低,J积分值降低。When Thermal Barrier Coatings （TBCs） is in micro/nano scale, the heat transfers theories in macro scale, Fourier heat equation, cannot be applied. The edge crack diving force （J-integral） is different in the two scales. The temperature fields obtained from the combination of a non-Fourier model and a Fourier model are used in fracture mechanics analysis. The J-integral is analyzed by finite element method. Some TBCs physics parameters （relaxation time, phonon speed） are studied to illustrate the effect to J-integral. The results show that J-integral from a non-Fourier model is lower than that from a Fourier model. The J-integral decreases with the decrease of parameters.

关 键 词：热涂层 非傅里叶热传导 热冲击 J积分 微、纳米尺度 

分 类 号：O346.1[理学—固体力学] O343.6[理学—力学]