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作者：刘晗霄;尤超;吴奇宇;高希光;宋迎东;
单位：南京航空航天大学能源与动力学院;哈尔滨工程大学;
摘要：在陶瓷基复合材料（CMC）涡轮导向叶片的结构设计中，降低热应力水平是重要设计目标，需要开展CMC热、力学性能的综合调控。本文针对2.5D斜纹机织CMC (SiC/SiC)，建立了能够反映真实细观结构特征的代表性体积单元（RVE）模型，开展了CMC等效热、力性能（包括各向异性导热系数、线热膨胀系数和弹性模量）预测并加以试验验证。而后，基于参数化代表性体积单元模型开展了CMC热、力性能受编织参数影响的敏感性分析，筛选了影响CMC各向异性热、力性能的敏感设计参数。结果表明，对于2.5D机织CMC，等效热膨胀系数对编织参数的影响较小；而纱线厚度则是影响CMC面内导热系数及弹性模量的主要因素。在此基础上，选取了四组代表性2.5D机织参数，将其分别作为CMC涡轮导向叶片的叶身预制体方案，并分别针对无冷却和采用对流冷却的CMC叶片开展气热耦合与热应力分析，研究CMC各向异性热、力性能参数对叶片温度及热应力水平的耦合影响关系。研究表明，在对流冷却条件下，通过调整编织参数以增大叶身厚度方向导热系数，使叶身内外表面平均温度差降低24%，叶身内外表面平均周向热应力分别降低31%和38%。
关键词：陶瓷基复合材料;;涡轮导向叶片;;热应力;;代表性体积单元;;热-力耦合
基金资助：国家科技重大专项（Y2019-Ⅰ-0018-0017）;; 国家自然科学基金（52475158）~~
