法國Safran科技中心與法國國家航空航天研究中心共同研究了環境屏障涂層陶瓷基復合材料（CMC/EBC）在熱梯度載荷下的損傷行為。使用高熱通量的CO2激光進行實驗，并通過有限元模型更新（FEMU）和損傷模型（ONERA損傷模型，ODM）進行數值模擬。實驗中，EikoTwin DIC技術被用于將測量的熱場投影到有限元模型的網格上，確保實驗和數值數據的一致性。

引言

SiC/SiC陶瓷基復合材料（CMC）因其高溫性能和低密度，成為航空發動機渦輪部件的有力替代品。然而，CMC需要環境屏障涂層（EBC）來防止水蒸氣環境中的表面退化。因此，理解CMC/EBC系統在復雜熱力學載荷下的行為和損傷機制至關重要。

表征和模擬熱梯度負載下 CMC/EBC 行為的三個關鍵步驟示意圖

實驗方法

使用高熱通量的CO₂激光進行實驗，配備紅外相機、可見光相機、聲發射傳感器和雙色金相儀。進行了疲勞熱循環測試（30個循環）和單調熱加載測試，最大溫度分別為800°C、1050°C和1250°C。聲發射信號在800°C時開始出現，隨著溫度升高，損傷累積加劇。

多儀器激光裝置的示意圖和照片、試樣照片和帶有熱梯度的熱場照片

最高溫度隨時間的變化（a）在三段溫度的熱循環試驗中，（b）在熱單調加載中

掃描電子顯微鏡（SEM）觀察到的裂紋及其在試樣上的定位

數值模擬

EikoTwin DIC技術的應用

在數值模擬中，EikoTwin DIC技術被用于將實驗測量的熱場投影到有限元模型的網格上。這種方法通過選擇特征點來匹配實驗測量的熱場與有限元模型的網格，從而確保實驗數據與數值模擬之間的精確對應。通過這種技術，實驗數據與數值模擬之間的差異得以最小化，提高了研究結果的可靠性。

模型建立

使用有限元模型更新（FEMU）方法來確定激光形狀和溫度場，以確保實驗和數值數據的一致性。CMC材料采用橫向各向異性彈性性質和損傷模型（ONERA損傷模型，ODM）；EBC材料采用彈性行為。模擬結果表明，損傷區域的預測與實驗觀察到的裂紋位置相符。

通過 Eikotwin 軟件對紅外熱像儀測量的熱場進行網格投影

測量熱場（投影在網格上）與計算熱場的比較

結論

本研究通過實驗和數值方法深入了解了CMC/EBC系統在熱梯度載荷下的行為和損傷機制。EikoTwin DIC技術在確保實驗數據與數值模擬的一致性方面起到了關鍵作用，為設計和優化CMC結構提供了重要參考。

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