多孔陶瓷材料力学性能的离散单元法模拟研究

发布时间：2021-10-16 19:24

　　多孔陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高硬度、高强度等良好的性能,在热阻件、膜分离、仿真骨骼、固体氧化燃料/电解电池等领域得到广泛的应用。多孔陶瓷的力学性质与其微观结构密切相关。深入认识和准确预测多孔陶瓷宏观力学响应特性与其微观结构之间的联系,对于指导多孔陶瓷的设计以及其安全应用具有重要的理论和应用价值。有鉴于此,本论文工作基于离散单元法数值模拟,从组成多孔陶瓷的基本单元—晶粒—尺度出发,模拟研究了多孔陶瓷的宏/微观力学响应特性。论文的第二章首先介绍了离散单元法数值模拟中,修正经典Hertz接触模型的必要性。随后通过考虑多体作用下固体键之间的空间耦合效应,对经典Hertz接触模型进行了修正。基于修正后的接触模型,以部分烧结三氧化二铝陶瓷材料为模拟对象,预测了其宏观杨氏模量和断裂强度随孔洞体积分率的变化,并通过与文献中相关实验数据的对比,验证了模拟结果的定量准确性。论文的第三章考察了单孔和两孔情况下陶瓷材料的力学响应特性。单孔条件下的模拟结果表明,孔洞的形状对材料的力学响应特性包括宏观杨氏模量和断裂强度有重要的影响;两孔洞条件下的模拟结果表明,存在一约等于孔洞直径的临界孔洞间距,小于此... 

【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

部分烧结陶瓷材料微观结构

辽宁科技大学硕士学位论文高，该方法在岩土、材料等多个领域的力学分析基本思想是将连续系统分割成有限数目的求解域限数目的节点处存在相互联系，从而构成一个单。通过和原问题基本方程、边界条件等效的变分解基本未知量的代数方程组。通过求解网格上的数量的物理量以获得连续系统的位移、应力、应将连续系统理想化的变为只有有限个自由度的单数值求解的复杂结构的动力学问题。

图 1.4 裂纹与孔洞之间的额相互作用[13]Fig. 1.4 interaction between crack and large pore[13]Chen 等[13]基于有限元数值模拟，考察了多孔陶瓷裂纹尖端与孔洞之间的相互作用，如图 1.4 所示。他们的模拟结果表明，位于裂纹前方的孔洞增强裂纹尖端的应力，促进裂纹的扩展；孔洞在裂纹的侧面会削弱裂纹尖端的应力，抑制裂纹的扩展。在此基础上他们进一步考察了裂纹与孔动之间的距离对应力空间分布的影响。Kele 等[2,7,14]基于二维有限元数值模拟，考察了多孔玻璃材料的断裂行为。他们的有限元模拟结果表明，断裂应力随着孔隙率的增加而降低，断裂应力的变化说明材料的强度受到孔洞之间相互作用的影响，如图 1.2 所示。他们的分析结果表明，Weibull 模量的变化依赖于缺陷的排列分布（孔隙率小于 5%）和孔隙间

【参考文献】：
期刊论文
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[5]牙科玻璃渗透氧化铝陶瓷弯曲强度Weibull分析和循环载荷下亚临界裂纹扩展研究[J]. 张志升,徐勇,肖云,苏剑生,刘伟才,陈萍.  口腔医学研究. 2011(03)



本文编号：3440367