热障涂层(Thermal barrier coatings,简称TBCs)因其具有保护基底、缓解热冲击载荷、提高发动机效率和延长服役时间等优点已经被广泛应用于航空航天的热防护领域,如航空发动机的涡轮叶片等。然而,由于其服役环境极其恶劣,几何形貌和微观结构又非常复杂,使得涂层在发生失效时难以预测,这对涂层在航空发动机中的安全应用造成了极大威胁。因而,探究涂层的失效机理并分析其可靠性将有利于航空航天的健康发展,也可对热障涂层的应用与优化提供重要指导。研究发现,界面形貌对涂层界面氧化开裂的影响非常显著。因此本文针对不同的界面形貌,用Monte Carlo法评估了热障涂层氧化失效的可靠性。主要研究内容如下所示:第一,分析了常用可靠性计算方法的优缺点。首先介绍了可靠性计算的一次二阶矩法和Monte Carlo法的基本原理和计算步骤,然后通过选取不同的功能函数以及不同的随机参数分布,分析两种计算方法优缺点。第二,评估了球形界面热障涂层氧化失效的可靠性。根据能量释放率准则求得了热障涂层界面形貌为球形时氧化失效的功能函数,用Monte Carlo法计算了不同条件下的失效概率,并预测了失效概率随各参数的变化关系,进而得到各参数的敏感性因子,通过对比找出引起涂层失效的关键参数。第三,评估了正弦界面热障涂层氧化失效的可靠性。界面处的应力一直是界面失效的关键因素,通过有限元软件ABAQUS分析了涂层冷却阶段的应力场,根据能量释放率准则求得了热障涂层界面形貌为正弦时的功能函数,用Monte Carlo法计算了不同条件下的失效概率,并预测了失效概率随各参数的变化关系,进而得到各参数的敏感性因子,通过对比找出引起涂层失效的关键参数。总之,本文主要从概率统计的角度出发,用能量释放率准则作为涂层氧化失效的基本准则,采用Monte Carlo法的概率计算方法,最终用数学计算软件MATLAB编程实现了热障涂层的可靠性运算。