考虑非傅里叶微尺度效应涂层基体复合结构热冲击强度研究

针对在涂层热冲击研究中忽略非傅里叶传热微尺度效应的问题，本文引入一维平板涂层基体复合结构物理模型，建立涂层双曲线型传热、基体抛物线型传热的数学模型Ⅰ,并根据交界面处的传热行为建立合理边界条件.在此基础上，构建了涂层、基体的热弹性力学模型.采用隐式差分法对模型离散化处理，得到温度场的数值解，进而求得应力场，并给出了具体算例.同时，建立涂层和基体均为抛物线型传热的数学模型Ⅱ作为对比研究.结果表明：当初始条件和热扰动均相同，并考虑非傅里叶传热的微尺度效应时，在涂层内，模型Ⅰ热应力表现出变化的延迟性、分布的局域性以及波动性，任意位置热应力都不是从0开始变化，而模型Ⅱ不存在波动性，任意位置热应力从0开始变化.模型Ⅰ热应力产生后，率先达峰且峰值大于模型Ⅱ.在基体内，模型Ⅰ热应力大于模型Ⅱ,且变化梯度较大.在交界面处，模型Ⅰ产生“反射效应”,此处应力值以及应力骤降值均大于模型Ⅱ.对比表明，模型Ⅰ受到的热冲击更加复杂剧烈.该研究为极端热传导环境下确保涂层可靠性提供了有益参考.