技術(shù)特征：

1.一種渦輪葉片熱障涂層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：確定TBCs各層厚度；

TBCs包含陶瓷層、粘結(jié)層及熱生長(zhǎng)氧化層，為陶瓷層、粘結(jié)層及熱生長(zhǎng)氧化層賦予厚度值；

陶瓷層厚度為k×100μm，k為分析次數(shù)的編號(hào)，即步驟1至步驟6的重復(fù)次數(shù)，k＝1,2,…,10；粘接層厚度為100μm～250μm；熱生長(zhǎng)氧化層厚度為1μm～10μm；

步驟2：建立含TBCs渦輪葉片的三維有限元模型；

三維有限元模型由葉片合金基底和均勻厚度的TBCs構(gòu)成，TBCs涂覆于渦輪葉片的葉身外表面和葉根平臺(tái)的上表面；所述均勻厚度TBCs是指涂層覆蓋區(qū)域內(nèi)的陶瓷層厚度均相同，TBCs各層厚度由步驟1給定；

步驟3：對(duì)三維有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

步驟4：對(duì)劃分網(wǎng)格后的三維模型進(jìn)行熱-力耦合分析，獲得含TBCs渦輪葉片的整體溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布；

步驟5：選取葉片涂層區(qū)域內(nèi)的代表節(jié)點(diǎn)；

代表節(jié)點(diǎn)是指能夠反映各局部區(qū)域的溫度和應(yīng)力狀態(tài)特征的代表性節(jié)點(diǎn)，代表節(jié)點(diǎn)位置在不同分析對(duì)應(yīng)的三維有限元模型中一致；

步驟6：提取并記錄所有代表節(jié)點(diǎn)所在位置的厚度方向，陶瓷層的最大應(yīng)力值和溫度差；

步驟7：判斷均勻厚度TBCs模型是否分析完成；

判斷k≤10是否成立，若成立則重復(fù)步驟1至步驟6；否則，按照步驟8進(jìn)行；

步驟8：對(duì)步驟5中選定的任意代表節(jié)點(diǎn)i，i＝1,2,…,110，根據(jù)公式(1)分別計(jì)算第k次分析對(duì)應(yīng)的有限元模型中該代表節(jié)點(diǎn)位置的目標(biāo)函數(shù)值：

$g_i^k=w_{\mathrm{\β}}\frac{{\mathrm{\σ}}_i^k}{{\mathrm{\ΔT}}_i^k}+w_h{h}_i^k---\left(1\right)$

公式(1)中，是第k次分析中代表節(jié)點(diǎn)i位置處的目標(biāo)函數(shù)，是第k次分析中代表節(jié)點(diǎn)i位置處陶瓷層內(nèi)最大應(yīng)力，是第k次分析中代表節(jié)點(diǎn)i位置處陶瓷層內(nèi)的溫度差，是第k次分析中代表節(jié)點(diǎn)i位置處陶瓷層的厚度，w_β是性能權(quán)重系數(shù)，取w_β＝0.6；w_h是厚度權(quán)重系數(shù)，取w_h＝0.4；

步驟9：獲得葉片陶瓷層厚度的理想分布，對(duì)于任意代表節(jié)點(diǎn)，求得使其目標(biāo)函數(shù)值最小時(shí)的最佳陶瓷層厚度；

步驟10：根據(jù)步驟9中獲得的葉片陶瓷層厚度理想分布，劃分TBCs厚度分布子區(qū)域，子區(qū)域的陶瓷層厚度與其包含的代表節(jié)點(diǎn)中最佳陶瓷層厚度的最大值相同；

步驟11：計(jì)算葉片TBCs厚度分布的總目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)步驟10中給出的子區(qū)域陶瓷層厚度分布，并結(jié)合公式(1)計(jì)算得到的目標(biāo)函數(shù)值，按照公式(2)計(jì)算葉片TBCs厚度分布的總目標(biāo)函數(shù)值：

$G_{obj}=\underset{i=1}{\overset{110}{\Σ}}{g}_i---\left(2\right)$

公式(2)中，G_obj是當(dāng)前TBCs厚度分布的總目標(biāo)函數(shù)值，g_i是代表節(jié)點(diǎn)i位置處的目標(biāo)函數(shù)；

步驟12：確定TBCs厚度分布方案；

重復(fù)步驟10和步驟11，不斷調(diào)整子區(qū)域大小，直至公式(2)計(jì)算獲得的G_obj最小，獲得渦輪葉片TBCs厚度分布的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片熱障涂層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟4中，所述熱-力耦合分析是通過有限元軟件ABAQUS完成，該過程包括以下步驟：

a.對(duì)所述三維有限元模型中的合金基底和TBCs分別賦予材料屬性；

b.對(duì)所述三維有限元模型中的TBCs外表面施加高溫邊界條件，對(duì)葉片冷卻通道表面施加冷卻溫度邊界條件；

c.利用ABAQUS提供的熱-力耦合分析模塊，對(duì)有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算；

d.計(jì)算完成后，在ABAQUS后處理模塊輸出計(jì)算結(jié)果，獲得含TBCs渦輪葉片的整體溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪葉片熱障涂層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟5中，代表節(jié)點(diǎn)針對(duì)所述三維有限元模型，在ABAQUS后處理模塊中，從葉身吸面選取均勻分布的50個(gè)代表節(jié)點(diǎn)，從葉身壓面選取均勻分布的50個(gè)代表節(jié)點(diǎn)，從葉根平臺(tái)選取均勻分布的10個(gè)代表節(jié)點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片熱障涂層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟6所述厚度方向指葉片表面的法線方向；所述溫度差是指陶瓷層外表面與陶瓷層/熱生長(zhǎng)氧化層界面之間的溫度差值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片熱障涂層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟9中，所述最佳陶瓷層厚度指在此代表節(jié)點(diǎn)區(qū)域涂覆該厚度的陶瓷層時(shí)，獲得隔熱性能、應(yīng)力水平和制備成本之間的最佳協(xié)調(diào)；根據(jù)所有代表節(jié)點(diǎn)區(qū)域的最佳陶瓷層厚度結(jié)果，獲得葉片陶瓷層厚度的理想分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片熱障涂層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟10中，劃分TBCs厚度分布子區(qū)域，是將葉身壓面分為3個(gè)子區(qū)域，葉身吸面分為3個(gè)子區(qū)域，葉根平臺(tái)分為1個(gè)子區(qū)域；所述葉身壓面和吸面的子區(qū)域沿葉片高度方向劃分，每個(gè)子區(qū)域內(nèi)包含多個(gè)代表節(jié)點(diǎn)。