热对流作用下筒壁涂层的边裂行为

热震边裂是涂层的常见失效模式之一, 严重影响涂层的防护性能, 因此准确预测涂层边缘裂纹的热致扩展行为至关重要. 文章基于Caputo分数阶导热模型, 研究热脉冲作用下涂层边缘裂纹扩展驱动力. 首先, 采用拉普拉斯变换和有限余弦积分变换得到瞬态温度场及热应力场的封闭解; 其次, 运用叠加原理及权函数法计算边缘裂纹尖端的热应力强度因子.
探讨了分数阶阶次、无量纲裂纹长度、无量纲时间等参数对热应力强度因子的影响规律. 结果表明: 热应力强度因子的峰值随着分数阶阶次的增大而提高; 与分数阶超扩散情形相比较, 经典傅里叶导热将低估热流脉冲对边缘裂纹的扩展驱动力; 与分数阶亚扩散情形相比较, 经典傅里叶导热则会高估热流脉冲对边缘裂纹的扩展驱动力; 热流脉冲作用下, 短裂纹的热应力强度因子峰值更高, 因而更易扩展.