基于浸没式超声的热障涂层界面损伤多特征表征与数值模拟

《Coatings》：Multi-Feature Characterization and Numerical Simulation of Interfacial Damage in Thermal Barrier Coatings Using Immersion Ultrasonics

　　由于具有卓越的隔热和防护性能，热障涂层（TBCs）被广泛应用于航空发动机关键高温部件。然而，在日益严苛的服务环境下，涂层内部容易形成分层等缺陷，对发动机运行安全性和使用寿命构成严重威胁。为有效评估热障涂层中的分层缺陷，本研究采用浸没式超声波脉冲回波技术对经过不同热循环处理的试样进行检测。分别对经历了1200°C下21、32、43和54次热循环的四个试样进行了测试。从超合金基体侧和陶瓷顶层侧分别通过法向入射扫描系统获取超声响应数据。结合快速傅里叶变换（FFT）、基于广义Morse小波的连续小波变换（CWT）、小波包能量熵（WPEE）以及二次回波的峰峰值变化，从超声信号的频域、联合时频域和能量分布特征中提取了多维度特征。通过对比分析，获得了表征缺陷演化的超声波forms和时频特征。建立了WPEE随界面分层加剧而显著单调递减的趋势，表征了界面损伤引起的声学能量约束过程。此外，多层有限元（FE）模型合理地再现了动态声波传播过程；数值结果与实验数据一致，验证了所提出检测方法的可行性。本研究建立检测和评估框架为航空发动机热障涂层的安全监测和寿命预测提供了参考。