等静压ZrO 2 陶瓷生坯加工裂纹的离散元仿真研究

发布时间：2022-07-15 17:02

　　陶瓷材料具有强度大、硬度高、耐腐蚀性强和耐热性强等良好的机械以及化学等特性,在诸多行业中的应用都十分广泛。但同时因为陶瓷材料的这些性质,在加工过程中经常会面临加工难度大、成本高等问题。而陶瓷生坯是未经烧结的陶瓷压坯,可以采用传统的加工方式加工出所需要的形状,烧结之后的工件能够获得更好的表面质量。本文基于陶瓷生坯的特性,利用离散元法对等静压ZrO2陶瓷生坯的加工过程进行仿真,研究不同加工参数对加工表面质量的影响以及切屑形成机理,并试验验证了离散元模拟的结果。采用等静压成型技术制备出Zr02陶瓷生坯,对等静压Zr02陶瓷生坯分别进行单轴压缩试验和三点弯曲试验,测得了材料的主要力学性能参数,弹性模量约为150 MPa,抗弯强度约为8 MPa,抗压强度约为2.5 MPa。利用PFC2D软件建立了等静压Zr02陶瓷生坯的二维BPM（Bonded-Particle Model）模型,校准该模型并获得与实际材料的主要力学性能参数一致的离散元仿真模型。基于已建立的二维离散元模型,对等静压Zr02陶瓷生坯切削加工过程进行了模拟。分析了不同工艺参数对加工表面裂纹以及刀具所受切削力的影响,并根据离散元模拟的... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 本课题研究的目的及意义
    1.2 陶瓷生坯的制备及其加工的国内外研究现状
        1.2.1 陶瓷生坯的制备及其成型工艺
        1.2.2 不同制备方法下的坯体特征
        1.2.3 陶瓷生坯的去除机理
        1.2.4 陶瓷生坯加工表面质量的研究现状
    1.3 离散元法
        1.3.1 离散元法简介
        1.3.2 离散元法的研究现状
    1.4 课题研究的主要内容
第2章 等静压ZrO_2陶瓷生坯的离散元模型
    2.1 离散元法的基本理论
        2.1.1 颗粒离散元法基本思想
        2.1.2 离散元基本方程
    2.2 PFC2D/3D 5.0软件
        2.2.1 PFC2D/3D的基本假定
        2.2.2 PFC2D3D的接触模型及计算方法
        2.2.3 计算时步与计算流程
    2.3 等静压ZrO_2陶瓷生坯离散元模型的建立与校准
        2.3.1 等静压ZrO_2陶瓷生坯物理力学参数
        2.3.2 二维BPM模型的性能参数
        2.3.3 陶瓷生坯二维BPM模型的建立
        2.3.4 陶瓷生坯二维BPM模型的校准
    2.4 本章小结
第3章 等静压ZrO_2陶瓷生坯切削加工裂纹的离散元模拟及试验分析
    3.1 等静压ZrO_2陶瓷生坯切削过程的二维离散元模拟
        3.1.1 等静压ZrO_2陶瓷生坯二维切削离散元模型的建立
        3.1.2 二维切削过程的动态模拟
        3.1.3 切削力
        3.1.4 切削参数对加工表面质量的影响
        3.1.5 切屑形成的机理
    3.2 ZrO_2陶瓷生坯的切削实验
        3.2.1 试验方法
        3.2.2 切削参数对刀具磨损的影响
        3.2.3 切削参数对等静压ZrO_2陶瓷生坯加工表面粗糙度的影响
        3.2.4 等静压ZrO_2陶瓷生坯加工表面形貌分析
    3.3 切削试验与模拟结果对比分析
    3.4 本章小结
第4章 等静压ZrO_2陶瓷生坯三维刻划离散元仿真及试验研究
    4.1 等静压ZrO_2陶瓷生坯三维BPM模型的建立及校准
    4.2 等静压ZrO_2陶瓷生坯三维刻划离散元模拟
        4.2.1 等静压ZrO_2陶瓷生坯三维离散元模型的建立
        4.2.2 动态模拟以及划痕表面的裂纹情况分析
    4.3 刻划试验
        4.3.1 试验设备
        4.3.2 试验方案
        4.3.3 不同加工参数对划痕表面裂纹的影响
        4.3.4 划痕表面裂纹及损伤分析
    4.4 刻划试验与模拟结果对比分析
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 全文结论
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]后刀面织构化硬质合金刀具干切削氧化铝陶瓷生坯磨损机理研究[J]. 刘亚运,刘莉莉,邓建新,王伟,孟荣,段冉,李学木.  航空制造技术. 2018(06)
[2]ZrO2陶瓷生坯表面微织构制备工艺的研究[J]. 刘亚运,刘莉莉,邓建新,王伟,葛栋良,张贵梁.  工具技术. 2018(01)
[3]氧化锆陶瓷的制备与应用[J]. 孙亚光,金昊,杨文龙,贺胜利.  中国陶瓷工业. 2016(06)
[4]硬质合金刀具车削氧化铝陶瓷生坯的磨损机理研究[J]. 刘亚运,邓建新,张翔,侯云鹤,邹雪倩,吴凤芳.  工具技术. 2016(08)
[5]氧化锆陶瓷切削加工有限元仿真分析[J]. 薛建勋,孙全平.  中国陶瓷. 2012(10)
[6]等静压成形缺陷分析与预防[J]. 吴伶俐,宋宾.  山东陶瓷. 2012(03)
[7]冷等静压成型压制工艺对坯体性能的影响[J]. 邓娟利,范尚武,成来飞,张立同.  陶瓷学报. 2012(02)
[8]高速冲击问题的离散元法数值模拟[J]. 成名,刘维甫,刘凯欣.  计算力学学报. 2009(04)
[9]单晶硅加工裂纹的离散元仿真研究[J]. 谭援强,杨冬民,李才,盛勇.  中国机械工程. 2008(21)
[10]岩石类脆性材料的离散元建模方法研究[J]. 叶勇,徐西鹏.  郑州轻工业学院学报(自然科学版). 2008(05)

博士论文
[1]基于离散元模拟的岩土力学性能研究及应变局部化理论分析[D]. 秦建敏.大连理工大学 2007

硕士论文
[1]硬质合金生坯切削加工性能的研究[D]. 何荣.湖南大学 2013
[2]陶瓷成型用有机模具的制备及其性能表征[D]. 范霞.武汉理工大学 2012
[3]陶瓷材料加工裂纹的离散元模拟及实验研究[D]. 杨冬民.湘潭大学 2007



本文编号：3662474