مروري بر مكانيزم هاي واماندگي و شبيه سازي المان محدود پوشش هاي سدحرارتي پلاسما اسپري

Failure mechanisms and their finite element modeling of air plasma spray thermal barrier coatings: A review

درك مسائل واماندگي پوشش‌هاي سدحرارتي در ارزيابي قابليت و دوام آن‌ها بسيار ضروري است. از اين پوشش‌ها در شرايط كاري دماي بالا و گراديان‌هاي شديد حرارتي استفاده مي‌شود. در اين مقاله، مروري بر مكانيزم‌هاي واماندگي پوشش‌هاي سدحرارتي پلاسما اسپري تحت بارگذاري‌هاي مختلف حرارتي و مكانيكي، انجام شده است. از آنجاييكه هزينه‌هاي روش‌هاي آزمايشگاهي، در شرايط كاري پوشش‌ها، بسيار بالا بوده و محدوديت‌هاي بسياري براي اين روش‌ها در شرايط عملكرد آن‌ها وجود دارد، اين روش‌ها نمي‌توانند شرايط واقعي TBC را به‌خوبي منعكس كنند. از اين رو مدل‌سازي المان محدود نقش مهمي در مطالعه‌ي اين مسائل داشته و انتظار مي‌رود با استفاده از اين روش‌ها الگوهاي واماندگي TBC تحت شرايط واقعي تعيين شود. در اين مقاله همچنين روش‌هاي كاربردي و جديد مدل‌سازي المان محدود جهت شبيه‌سازي مكانيزم‌هاي واماندگي پوشش‌هاي سد حرارتي تحت بارهاي حرارتي و مكانيكي مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. از جمله اين روش‌ها مي-توان به روش‌هاي مجازي بازشدگي ترك، المان محدود توسعه يافته و مدل ناحيه چسبنده اشاره كرد. ضمناً، مقايسه‌ا‌ي بين روش‌هاي المان محدود ذكر شده و مزايا و محدوديت‌هاي آن‌ها، در مسائل واماندگي پوشش‌ها صورت گرفته است.

In order to study thermal barrier coatings reliability and durability understanding their failure mechanisms is crucial. These coatings are used in high temperature and extreme heat gradients working conditions. In this paper an overview of failure mechanisms of air plasma spray thermal barrier coatings under various thermal and mechanical loading has been carried out. Since the costs of experimental tests with real working conditions of these coatings are very high and there are many limitations for these methods in terms of their performance conditions, these methods cannot provide the actual conditions for TBC to reflect well. Hence, the finite element methods play an important role in study of these issues and it is expected for these methods to be able to determine the TBC failure patterns under real conditions. In this paper the applicability of new finite element methods to simulate the failure mechanisms of thermal barrier coatings under thermal and mechanical loads has been discussed. Some of these methods are virtual crack closure technique, extended finite element method and cohesive zone model. Meanwhile, a comparison between these finite element methods in terms of advantages and limitations have been made.