شبیه‌سازی ایجاد و گسترش خرابی پوشش‌ها در ساختارهای شامل پوشش و بستر در اثر بار حرارتی با استفاده از روش المان گسسته

Abstract

استفاده از پوشش‌ها در صنایع مختلفی، به منظور بهبود خواص سطحی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از مودهای خرابی متداول در این ساختارها، جدایش پوشش از بستر از ریشه ترک‌های کانالی شکل می‌باشد. در این مقاله، روش المان‌ گسسته به منظور شبیه‌‌سازی فرآیند ایجاد و گسترش خرابی در اثر اختلاف ضرایب انبساط حرارتی بین پوشش و بستر، از ریشه یک ترک کانالی شکل، مورد استفاده قرار گرفت. رفتار پوشش و بستر به صورت ترد الاستیک، به طوری‌که سفتی بستر بیشتر از پوشش و ضریب انبساط حرارتی پوشش به مراتب بیشتر از بستر است، در نظر گرفته شد. همچنین خواص فصل مشترک به صورت میانگین هندسی از خواص بین پوشش و بستر می‌باشد. بارگذاری نیز به صورت کاهش دما به کل مجموعه اعمال شد. اثر پارامترهایی نظیر اختلاف ضرایب الاستیک بین پوشش و بستر و همچنین ضخامت پوشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش اختلاف سفتی بین پوشش و بستر و همچنین کاهش ضخامت پوشش، اختلاف دمای مورد نیاز برای ایجاد جدایش اولیه در فصل مشترک، افزایش پیدا کرد. از دیگر نتایجی که می‌توان به آن اشاره کرد، تغییر در الگوی گسترش خرابی اولیه ایجاد شده، به ازای تغییر در اختلاف سفتی بین پوشش و بستر بود به طوری‌که، در پوشش‌هایی که سفتی به مراتب کم‌تری نسبت به بستر دارند، گسترش آسیب در داخل پوشش اتفاق افتاد اما برای پوشش‌های که اختلاف سفتی آن‌ها با بستر کم‌تر است، گسترش آسیب تنها در فصل مشترک ادامه پیدا کرد.