Modélisation et diagnostic de barrières thermiques sous chargement thermique cyclique

par Philippe Robin

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Soutenue en 2005

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Les revêtements céramiques sont fréquemment employés comme couche de protection des matériaux de structure dans de nombreuses applications mécaniques, thermiques et/ou chimiques. Ce sont leurs propriétés spécifiques de dureté, de résistance passive à l'agression chimique ainsi que leur basse conductivité thermique qui les prédisposent à ces applications. En retour ces propriétés spécifiques se payent par une tenue aux chocs mécaniques et thermiques relativement faible. Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'étude des dégradations des revêtements céramiques oxydes du type de barrière thermique (Thermal Barrier Coating, TBC) lorsqu'il subissent des chocs thermiques cycliques. Un modèle mathématique a été développé à cet effet à l'aide du code de calcul Cast3M permettant de résoudre les équations aux dérivées partielles par la méthode des éléments finis. L'analyse numérique a permis de calculer les champs de températures et de contraintes au travers des dépôts lors du refroidissement transitoire post déposition, et lors des chocs thermiques. Les résultats du modèle sont couplés à une analyse temporelle et fréquentielle du comportement acoustique des dépôts occasionné par la dégradation de la couche de céramique dans les conditions réelles du cyclage thermique. Ainsi, il a été possible d'associer un paramètre d'endommagement, R1, à un comportement acoustique des échantillons pour en tirer une procédure d'estimation de la durée de vie des barrières thermiques

  • Titre traduit

    Modeling and diagnostic of thermal barrier coatings under thermal cycling load


  • Résumé

    A study was carried out on the behavior of Thermal Barrier Coatings (TBC) under thermal cycling conditions. TBC coatings composed of a bond coat and a YSZ top ceramic layer were subjected to extended thermal cycling under controlled atmosphere using an infrared, computer controlled, furnace. The behavior of the coating was followed using acoustic emission techniques for up to 20,000 heating and cooling cycles. A numerical model based on Finite Element Modeling (FEM) was developed for the computation of the temperature and stress fields within the samples. Both the transient post deposition cooling and the thermal cycling loads are taken into account by the model. The numerical results are compared with the experimental data obtained using the Acoustic Emission (EA) technique under thermal cycling conditions. From the analysis of the results it was possible to identify a unique damage assessment parameter, R1, that could be directly linked to the acoustic behavior of samples. This parameter can serve as a reliable indicator of the life prediction of the TBCs under typical operating conditions

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Informations

  • Détails : 1 vol. (274 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 261

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
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