Návrh optimálních parametrů vícevrstvého keramického ochranného povlaku pro vysokoteplotní aplikace
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Hlavním cílem této práce bylo stanovení vhodné kompozice ochranného povlaku, skládajícího se z několika různých vrstev konkrétních materiálů, s ohledem na residuální napětí indukované v povlaku v důsledku rozdílných součinitelů teplotní roztažnosti jeho jednotlivých složek. Ochrannými povlaky jsou v této práci myšleny tepelné a environmentální bariéry, které mají za úkol chránit součásti před vysokými teplotami. V práci je uveden nezbytný teoretický úvod do problematiky tepelných a environmentálních bariér. Zde jsou uvedeny základní koncepce skladby jednotlivých vrstev, používané materiály a způsoby nanášení. Obsažená rešeršní studie podává přehled, jakým způsobem se v současnosti přistupuje k výpočtovému modelování residuálních napětí zejména v tepelných bariérách nanesených plazmovým nástřikem. V práci je blíže představena klasická laminátová teorie, která byla použita k výpočtům zbytkových napětí v rámci povlakové struktury. Standardně tato metoda předpokládá homogenní teplotní pole po výšce laminátu, nicméně v této práci byl nalezen způsob, jak ji rozšířit o zahrnutí proměnné teploty po výšce analyzované struktury. V praktické části práce je vytvořený model použit pro hledání vhodných vlastností dvouvrstvého až čtyřvrstvého povlaku. Výpočty byly provedeny jak pro konstantní teplotu, tak pro gradient teploty po výšce modelu. Výstupy analytického modelu založeného na rozšířené klasické laminátové teorii jsou ve vybraných případech ověřeny pomocí numerického modelu.
The main objective of this work was to design a suitable composition of a protective coatings, made of several different layers of specific materials - with respect to residual stress, induced due to a mismatch in thermal expansion coefficients of each layer. Protective coating in this work means both the thermal and the environmental barrier. These coatings protect components against high temperatures and harsh environment. In this work, necessary theoretical background in the field of the thermal and environmental barrier coatings is introduced. There are mentioned some basic design approaches, commonly used materials and processing methods for the coating structure. The literature review gives an overview of modeling of such coated structures, in particular it is devoted to the thermal barrier coatings deposited by air plasma spray process. The next chapter closely describes classical laminate theory used for calculation of residual stresses in the coating. One of the assumptions of this theory is homogenous temperature field through the coating’s thickness. However, in this work was revealed a way to extend the classical lamination theory of such cases, in which the temperatures vary along the thickness of the coating. In the practical part, the analytical model was used for designing suitable properties of some coatings, which were consists of two, three and four layers. The calculations were performed both for constant temperature and for the temperature gradient. All results obtained from analytical approach were verified by numerical calculations.
The main objective of this work was to design a suitable composition of a protective coatings, made of several different layers of specific materials - with respect to residual stress, induced due to a mismatch in thermal expansion coefficients of each layer. Protective coating in this work means both the thermal and the environmental barrier. These coatings protect components against high temperatures and harsh environment. In this work, necessary theoretical background in the field of the thermal and environmental barrier coatings is introduced. There are mentioned some basic design approaches, commonly used materials and processing methods for the coating structure. The literature review gives an overview of modeling of such coated structures, in particular it is devoted to the thermal barrier coatings deposited by air plasma spray process. The next chapter closely describes classical laminate theory used for calculation of residual stresses in the coating. One of the assumptions of this theory is homogenous temperature field through the coating’s thickness. However, in this work was revealed a way to extend the classical lamination theory of such cases, in which the temperatures vary along the thickness of the coating. In the practical part, the analytical model was used for designing suitable properties of some coatings, which were consists of two, three and four layers. The calculations were performed both for constant temperature and for the temperature gradient. All results obtained from analytical approach were verified by numerical calculations.
Description
Citation
DOHNALÍK, P. Návrh optimálních parametrů vícevrstvého keramického ochranného povlaku pro vysokoteplotní aplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2017.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika a biomechanika
Comittee
prof. Ing. Vladislav Laš, CSc. (předseda)
Ing. Milan Roučka, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)
prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
Ing. László Iván, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc. (člen)
Date of acceptance
2017-06-15
Defence
Student v prezentaci představil odborné komisi svou diplomovou práci. Po prezentaci byly přečteny posudky vedoucího a oponenta diplomové práce a student odpovídal na jeho dotazy. Komise celé jeho vystoupení hodnotila jako výborné.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení