報告書番号

Q09003

タイトル（和文）

セラミック遮熱コーティングの非弾性変形の評価（第2報:マイクロメカニクスに基づいた非弾性構成方程式の開発）

タイトル（英文）

Evaluation of Inelastic Deformation of Thermal Barrier Coatings (Part II:Development of Inelastic Constitutive Equation Based on Micromechanics)

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

セラミック遮熱コーティング（TBC）は、ガスタービン高温部品を高温環境から保護するための重要な材料技術である。ガスタービン運転中にセラミックコーティングに生じる皮膜応力は、コーティングの割れやはく離損傷をもたらす。このため、このような応力を適切に評価することが重要となる。著者らは、TBCから抽出したセラミックコーティング材を対象に、曲げ試験により応力－ひずみ曲線を得た。この結果、応力－ひずみ曲線には著しい非線形挙動を呈することを明らかにした。本研究では、APSにより成膜されたセラミック遮熱コーティングの非弾性構成方程式について検討した。得られた結果は、つぎのようになる。(1)セラミックコーティングの微視的組織を特徴付けているスプラットバウンダリーに発生したマイクロクラックに注目し、マイクロクラック数密度に基づいた新しい非弾性構成方程式を導出した。（2）前報で得られた曲げ試験結果と比較するために、ここで開発した構成方程式によりはりの非線形変形解析を実施し、試験結果と解析結果とがよく一致することを示した。

概要 （英文）

Ceramic thermal barrier coatings (TBCs) are very important technology in order to protect the hot parts of gas turbine (GT) from a high-temperature environment. The coating stress generated in the operation of GT brings cracking and delamination damage of TBC. Thus, it is necessary to evaluate precisely the coating stress in TBC system. We obtained stress-strain curve for freestanding ceramic coat specimen peeled from TBC coated substrate by doing the bending test. The testing result revealed that the ceramic coating deforms nonlinearly with the applied loading. In this study, the inelastic constitutive equation for the ceramic thermal barrier coatings deposited by APS is developed. The obtained results are following; (1) the micromechanics-based constitutive equation was formulated with micro crack density formed at splat boundary, and (2) it was shown that the numerical results for nonlinear deformed beam simulated by the developed constitutive equation agreed with the experimental results obtained by cantilever bending tests.

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