TGO本构关系温度相关性的DIC表征及机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11602211
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    朱旺
  • 依托单位：
    湘潭大学
  • 学科分类：
    A1101.固体物理力学与流体物理力学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Thermal barrier coatings (TBCs), as one of the most important key techniques for thermal protection of aeroengines, have been developed as the most feasible resolution to improve the service temperature of aeroengines. However, due to the high temperature oxidation, thermally growth oxide (TGO) is an unavoidable vulnerable region in TBCs, which is the main factor result in the failure of TBCs. Because the interface oxidation of TBCs is a complicated chemo-thermo-mechanically couple problem, the oxidation and failure mechanism of interface is still unclear. Nevertheless, characterization on temperature dependence of the constitutive relations of TGO lays foundation for understanding the evolution of stress, deformation in TGO and interface failure mechanism of TBCs. Based on the above consideration, this project is to establish the constitutive relations of TGO at high temperature. The real time, nondestructive and in-situ testing method of strain in TGO under thermo-mechanical loading will be developed to obtain the evolution of strain with different temperature and TGO thickness. Based on the experiment, the theoretical models of stress-strain relationship and creep in TGO can be established. Combined with the evolution of microstructure, the temperature dependence and mechanism of high temperature mechanical properties in TGO will be understood.
作为航空发动机高温热防护三大核心技术之一的热障涂层(TBCs)技术，被认为是目前提高航空发动机服役温度最切实可行的方法。然而，高温环境下界面氧化形成的热生长氧化层(TGO)是TBCs不可避免的最薄弱环节，是导致TBCs失效的关键因素。由于TBCs的界面氧化是一个复杂的热力化多场耦合问题，使得人们对界面氧化机理及其失效的认识还很不透彻，而TGO本构关系温度相关性的表征为研究TGO的变形、应力状态及其演变过程，系统了解TBCs界面失效机制奠定基础。基于此，本项目以解决“高温下TGO本构关系的表征”这一关键科学问题为目标，通过发展热力联合作用下实时无损原位的应变场表征技术，建立不同温度、不同TGO厚度情况下，TGO应变的演化规律，并以此实验为依据建立TGO应力应变关系和蠕变的理论模型，结合微观结构的表征手段，分析TGO高温下的力学性能与温度的演化关系的机制。

结项摘要

作为航空发动机高温热防护三大核心技术之一的热障涂层(TBCs)技术，被认为是目前提高航空发动机服役温度最切实可行的方法。然而，高温环境下界面氧化形成的热生长氧化层(TGO)是TBCs不可避免的最薄弱环节，是导致TBCs失效的关键因素。由于TBCs的界面氧化是一个复杂的热力化多场耦合问题，使得人们对界面氧化机理及其失效的认识还很不透彻，而TGO本构关系温度相关性的表征为研究TGO的变形、应力状态及其演变过程，系统了解TBCs界面失效机制奠定基础。基于此，本项目以解决“高温下TGO本构关系的表征”这一关键科学问题为目标，通过发展高温环境下应变场的数字散斑表征方法，对高温拉伸过程中TGO应变场进行原位表征，得到了TGO产生裂纹时的主应变为0.25%，采用X射线衍射的方法表征了TGO内部残余应力的大小，得到TGO内的残余拉应力为133.1 MPa。并通过简化的剪滞模型进行计算，最终得到TGO的拉伸断裂强度为682 MPa左右。基于大变形理论，建立了界面热-力-化多场耦合理论框架，采用有限元模拟了热障涂层界面氧化的大变形热-力-化耦合生长和应力演化，分析不同几何模型的TGO生长和应力演化，得出了TGO生长和应力演化随耦合因子的变化规律。采用高温纳米压痕的方法对TGO样品进行高温压痕实验，发现TGO的杨氏模量和硬度随着温度的升高而下降，从室温到500℃下TGO的杨氏模量分别为：561GPa，538GPa，530GPa，486GPa，469GPa，439GPa；硬度分别为：29GPa，25GPa，19GPa，18GPa，16GPa，15GPa，建立了TGO的硬度、杨氏模量随温度的演变规律。发展了图像有限元方法，对考虑真实TGO形貌的热障涂层进行了热应力及失效机制分析。结果表明：随着TGO形貌粗糙度的增加，应力先随粗糙度的增加而显著增加，随后趋于平缓。得到了两种TC/TGO界面的失效模式：（i）当TC层不存在微裂纹时，界面裂纹扩展导致TC层的剥离；（ii）当TC层中存在微裂纹时，横向裂纹和界面裂纹联合作用导致TC层的剥离。这对热障涂层在服役过程中的失效机制的建立是十分有益的，同时，也为热障涂层寿命预测提供了有效依据。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Fracture mechanism maps for thermal barrier coatings subjected to single foreign object impact
单一外物冲击热障涂层断裂机理图
  • DOI：
    10.1016/j.wear.2018.08.020
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Wear
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Zhu W;Jin Y J;Yang L;Pi Z P;Zhou Y C
  • 通讯作者：
    Zhou Y C
The evolution of pores in thermal barrier coatings under volcanic ash corrosion using X-ray computed tomography
使用 X 射线计算机断层扫描研究火山灰腐蚀下热障涂层中孔隙的演变
  • DOI：
    10.1016/j.surfcoat.2018.10.029
  • 发表时间：
    2019-01
  • 期刊：
    Surface & Coatings Technology
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    W.Zhu;X.N.Cai;L.Yang;J.Xia;Y.C.Zhou;Z.P.Pi
  • 通讯作者：
    Z.P.Pi
Characterization of the strain in the thermal barrier coatings caused by molten CaO-MgO-Al2O3-SiO2 using a digital image correlation technique
使用数字图像相关技术表征由熔融 CaO-MgO-Al2O3-SiO2 引起的热障涂层应变
  • DOI：
    10.1016/j.surfcoat.2017.05.025
  • 发表时间：
    2017-08
  • 期刊：
    Surface & Coatings Technology
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    L.Yang;J.Yang;J.Xia;W. Zhu;Y.C.Zhou;Y.G.Wei;R.T.Wu
  • 通讯作者：
    R.T.Wu
A chemo-thermo-mechanically constitutive theory for thermal barrier coatings under CMAS infiltration and corrosion
CMAS 渗透和腐蚀下热障涂层的化学-热-机械本构理论
  • DOI：
    10.1016/j.jmps.2019.103710
  • 发表时间：
    2019-12
  • 期刊：
    Journal of the Mechanics and Physics of Solids
  • 影响因子：
    5.3
  • 作者：
    G.N.Xu;L.Yang;Y.C.Zhou;Z.P.Pi;W.Zhu
  • 通讯作者：
    W.Zhu
Spallation of thermal barrier coatings with real thermally grown oxide morphology under thermal stress
热应力下具有真实热生长氧化物形态的热障涂层的剥落
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2018.03.019
  • 发表时间：
    2018-05
  • 期刊：
    Materials and Design
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    W.Zhu;Z.B.Zhang;L.Yang;Y.C.Zhou;Y.G.Wei
  • 通讯作者：
    Y.G.Wei

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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