法国Safran科技中心与法国国家航空航天研究中心共同研究了环境屏障涂层陶瓷基复合材料（CMC/EBC）在热梯度载荷下的损伤行为。使用高热通量的CO2激光进行实验，并通过有限元模型更新（FEMU）和损伤模型（ONERA损伤模型，ODM）进行数值模拟。实验中，EikoTwin DIC技术被用于将测量的热场投影到有限元模型的网格上，确保实验和数值数据的一致性。

引言

SiC/SiC陶瓷基复合材料（CMC）因其高温性能和低密度，成为航空发动机涡轮部件的有力替代品。然而，CMC需要环境屏障涂层（EBC）来防止水蒸气环境中的表面退化。因此，理解CMC/EBC系统在复杂热力学载荷下的行为和损伤机制至关重要。

表征和模拟热梯度负载下 CMC/EBC 行为的三个关键步骤示意图

实验方法

使用高热通量的CO₂激光进行实验，配备红外相机、可见光相机、声发射传感器和双色金相仪。进行了疲劳热循环测试（30个循环）和单调热加载测试，最大温度分别为800°C、1050°C和1250°C。声发射信号在800°C时开始出现，随着温度升高，损伤累积加剧。

多仪器激光装置的示意图和照片、试样照片和带有热梯度的热场照片

最高温度随时间的变化（a）在三段温度的热循环试验中，（b）在热单调加载中

扫描电子显微镜（SEM）观察到的裂纹及其在试样上的定位

数值模拟

EikoTwin DIC技术的应用

在数值模拟中，EikoTwin DIC技术被用于将实验测量的热场投影到有限元模型的网格上。这种方法通过选择特征点来匹配实验测量的热场与有限元模型的网格，从而确保实验数据与数值模拟之间的精确对应。通过这种技术，实验数据与数值模拟之间的差异得以最小化，提高了研究结果的可靠性。

模型建立

使用有限元模型更新（FEMU）方法来确定激光形状和温度场，以确保实验和数值数据的一致性。CMC材料采用横向各向异性弹性性质和损伤模型（ONERA损伤模型，ODM）；EBC材料采用弹性行为。模拟结果表明，损伤区域的预测与实验观察到的裂纹位置相符。

通过 Eikotwin 软件对红外热像仪测量的热场进行网格投影

测量热场（投影在网格上）与计算热场的比较

结论

本研究通过实验和数值方法深入了解了CMC/EBC系统在热梯度载荷下的行为和损伤机制。EikoTwin DIC技术在确保实验数据与数值模拟的一致性方面起到了关键作用，为设计和优化CMC结构提供了重要参考。

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