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陶瓷材料的断裂力学

从断裂力学的观点出发,论述了裂纹快速扩展的应力集中和能量平衡条件,并对应力腐蚀或其它机理引起的裂纹慢速扩展加以解释。这一概念目前已得到实际应用。特别是裂纹的慢速和快速扩展条件已在  (本文共14页) 阅读全文>>

山东大学
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陶瓷刀具材料三维微观裂纹扩展行为模拟研究

脆性大、抗弯强度和断裂韧度低是限制陶瓷刀具应用的主要原因,因此学者们一直在寻找提高其力学性能的方法。传统的陶瓷刀具材料研发主要依靠“试错法”,费时、费力、效率低。快速发展的计算机模拟技术为解决这些问题提供了可能。本文建立了陶瓷刀具材料微观组织的三维Voronoi网格有限元模型,采用内聚力单元法对三维微观裂纹扩展行为进行了模拟。建立了陶瓷刀具材料微观组织的三维Voronoi网格有限元模型,模型考虑了晶粒的复杂几何形状和线弹性各向异性,并通过编写的MATLAB程序将内聚力单元嵌入到模型的晶界和晶粒内,能够满足任意断裂模式和裂纹扩展路径的模拟要求。以单相A1203为例,模拟研究了单相陶瓷刀具材料的三维微观裂纹扩展行为。模拟得到的穿晶断裂时的裂纹扩展路径与实验结果相似,说明模型能较好的模拟单相陶瓷刀具材料的裂纹扩展路径。分析了晶界强度对裂纹扩展路径的影响,模拟结果表明,随着晶界强度的增加,单相A1203的断裂模式逐渐由沿晶断裂转变为穿晶...  (本文共105页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

纳米复相陶瓷二维超声振动辅助磨削机理及其表面质量研究

由于目前工程应用对陶瓷材料的要求日益苛刻,单相材料越来越难以满足其使用要求,故而使纳米复相陶瓷成为陶瓷材料领域研究的一大热点。但由于其对表面微观缺陷敏感、生产效率低、加工成本高等特点限制了其在高新高端技术的广泛应用,为了推动纳米复相陶瓷材料的普及和应用,探索一种高质、高精、高效的纳米复相陶瓷加工方法是现代加工面临的一项急迫的任务。本文以纳米复相陶瓷增强增韧机理、超声振动理论、断裂力学、宏微观力学等为理论基础,分别从纳米氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA纳米复相陶瓷)在二维超声振动辅助磨削(简称二维磨削)条件下的表面创成机理、材料去除机理及其表面微观质量等方面展开研究,从微观角度系统地研究了二维超声振动激励对ZTA纳米复相陶瓷加工特性的影响规律,揭示ZTA纳米复相陶瓷在二维磨削中所表现出的高效精密加工特性,为纳米复相陶瓷的二维磨削高效精密加工新方法的推广奠定理论基础。主要研究内容如下:1、以ZTA纳米复相陶瓷为加工对象,提出一种单驱动二...  (本文共164页) 本文目录 | 阅读全文>>

河南理工大学
河南理工大学

超声激励纳米复相陶瓷非局部本构关系及延性域磨削机理研究

超声加工陶瓷材料的去除过程伴随着各种行为效应如力学效应、化学效应、电磁效应和热学效应等,使得问题的研究由单一领域转化为多学科、多领域、宏微观结构交织在一起。此时为了解释加工性能改善的现象,本文基于非局部理论,着重于探索超声波与ZTA纳米复相陶瓷材料的微观作用机理,从材料本构特性、宏观力学特性和磨削表面微观形貌等方面阐述了超声激励对纳米陶瓷加工特性的影响,揭示超声加工时所产生的延性高效现象的理论本质,为进一步完善超声加工的理论奠定基础。本文主要研究内容如下:基于脆性材料断裂的非局部力学理论,考虑超声激励参量的影响因素建立非局部弹性核参量和弹性核函数公式,推导含有超声激励影响因素的非局部本构模型。讨论了超声振动振幅和频率对核函数的影响,基本上呈现下开口抛物线性形状,在临界振幅和临界频率以前它们对核函数的影响呈递增趋势,在临界值附近时影响最为明显,非局部效应最强烈,此后振幅和频率对核函数的影响呈衰减现象。通过核函数建立宏-微观联系,建...  (本文共160页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

Y-TZP/Al_2O_3陶瓷磨削性能和耐磨性的研究

先进结构陶瓷Y-TZP/Al_2O_3复相材料具有优良的力学性能和耐磨蚀性,作为油田钻井泵用缸套,其耐磨性已远远超过金属缸套,但是要想扩大应用,还需继续提高其耐磨性及降低制备成本。本文以油田钻井泵用Y-TZP/Al_2O_3陶瓷缸套为研究背景,通过模拟缸套实际工况下的磨损过程并和陶瓷的磨削加工过程进行对比分析,研究了磨削性能—材料力性—显微结构—耐磨性之间的联系,找出了影响Y-TZP/Al_2O_3陶瓷磨削性能和低磨损条件下耐磨性的主要因素。Y-TZP/Al_2O_3陶瓷的磨削实验结果表明,材料需要的磨削力主要受组成和显微结构影响,组成不同的材料,尽管力学性能相似,但是其磨削性能却显著不同;对于组成相同的Y-TZP/Al_2O_3陶瓷,材料的硬度对磨削力有直接的影响,硬度越大,需要的磨削力越大,比磨削能越大。陶瓷材料的脆性指数会影响试样磨削后的表面完整性,脆性指数越高,表面完整性越差。模拟缸套实际工况下的磨损过程表明,Y-TZP...  (本文共135页) 本文目录 | 阅读全文>>

山东大学
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精密磨料水射流加工硬脆材料冲蚀机理及抛光技术研究

磨料水射流加工技术具有工艺适应性强,切削力小,没有热影响,加工成本低等优点,但是对其加工硬脆材料时的冲蚀机理和精密抛光技术的研究较少,因此本文研究了精密磨料水射流加工硬脆材料时的冲蚀机理和脆塑转变机理,建立了单磨料粒子脆性断裂冲蚀和塑性剪切冲蚀时材料去除体积模型,研制成功了精密微细磨料水射流加工系统。研究了纯水射流冲蚀、磨料水射流垂直冲蚀和磨料水射流小角度冲蚀时的冲击作用和剪切作用。结果表明,纯水射流对材料的冲蚀能力较低,水射流对材料的冲蚀作用可以分为水射流的冲击作用和水射流侧向绕流所形成的剪切作用,水射流冲蚀角度越小,水射流的剪切作用越明显。磨料流的加入大大提高了射流的冲蚀能力,射流压力越大,材料的冲蚀率越高,Al_2O_3陶瓷和硅酸盐玻璃材料的去除主要是由于平行于材料表面的亚表面晶间裂纹与垂直材料表面的晶间裂纹的交接而实现。小角度冲蚀时,磨料粒子对材料表面冲蚀的主要特点是冲击作用减弱,材料冲蚀表面的脆性断裂减少,剪切变形和微...  (本文共191页) 本文目录 | 阅读全文>>