報告書番号

Q10007

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3報：有限要素解析コードの開発とき裂問題の非線形解析）

タイトル（英文）

Evaluation of Inelastic Deformation of Thermal Barrier Coatings(Part III: Development of Finite Element Code and Nonlinear Analysis for Crack Problem)

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

本研究では、ガスタービンに施されているセラミック遮熱コーティングの皮膜応力をシミュレーションするために、我々が提案している非弾性構成方程式に基づいた有限要素解析プログラムを開発した。ここでは、TBCにおいて典型的な損傷として2種類のき裂（表面き裂とはく離状き裂）問題が取り扱われ、き裂先端近傍の漸近場が同プログラムを用いて解析された。数値解析の結果、き裂先端まわりの応力場は、特異解と角関数の積の形式で表現されること、しかしながら、特異性のオーダーはき裂形状によって異なることがわかった。はく離状き裂における損傷場は、き裂面に沿って広がる。一方、表面き裂の損傷場は、き裂面に垂直方向へ広がり、このような損傷場の広がりは、実機GTで知られるTBCのスポーリング損傷の物理的説明を与える。

概要 （英文）

In this study, we developed the finite element analysis code, which is based on the nonlinear constitutive equation proposed by us, for simulating coating stress in ceramic thermal barrier coatings applied to gas turbine. Stress field in two crack shapes (surface-type and delamination-type cracks) was interested here as typical damage occurred in TBC, and the asymptotic field near crack tip was analyzed using the code. The numerical analysis result showed that stress field around tip of crack can be expressed as the multiplying form of stress singularity solution and angular function. However, the singularity order was different between crack shapes. The damage field, which is associated with micro crack initiation in splat structure, in delamination-type crack spread along crack plane. The other damage field in surface-type crack was formed along the plane normal to the crack plane. The inhomogeneity for damage field gives physical explanation for TBC spallation which is known as serious damage observed in actual gas turbine blade.

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