随着航空发动机向高推重比发展,燃气室中温度和压力不断提高,合金叶片材料已难以满足需求.考虑到目前国内外关于高温合金及单晶的研究历程及进展状况,采用热障涂层技术,是提高发动机叶片工作温度更为行之有效的方法.但是热障涂层中存在多个异质界面,体系复杂,服役寿命远低于基体.为提高隔热效果和服役寿命,人们进行了大量的实验研究工作.可是到目前为止,尚未取得突破性进展.究其原因,主要是缺乏对涂层失效模型、失效过程的系统研究,热障涂层结构的确定缺乏优化设计的指导.该研究建立了TGO层氧化模型,得到了TGO层厚度随氧化时间的关系式.采用有限元热分析方法,系统的分析了热障涂层在服役环境下的温度梯度分布,找到了冷却过程中,TGO/粘结层界面温度梯度达到最大的时刻.在此基础上,利用有限元结构分析和断裂力学分析,计算了TBC的烧结、TBC厚度、粘结层厚度、TGO厚度、冷却速率等对热障涂层各个应力的影响.利用有限元方法的断裂力学分析功能,计算了TGO厚度、TBC模量、冷却速率、裂纹长度对预制裂纹的COA和J积分的影响.实现了多因素分析人工神经网络,利用有限元方法计算得到的有限的、离散的数值训练,实现了热障涂层寿命预测中所需的应力、J积分等参数的多维拟合和预测.并利用神经网络,运用最优化方法求得了裂纹扩展公式中的两个参数,解决了热障涂层寿命预测算法方面的难题.利用Visual C++和MATLAB软件,编制了热障涂层寿命预测平台.最终实现了热障涂层寿命的快速预测.为下一步进行热障涂层的优化设计打下了良好的基础.