氧化锆陶瓷室温压入力学行为研究

发布时间：2017-08-13 13:13

  本文关键词：氧化锆陶瓷室温压入力学行为研究

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【摘要】：氧化锆陶瓷因高强、高硬及相变增韧等优良的物理化学特性,其作为结构或功能陶瓷广泛应用于工程实践中,而随小微尺度陶瓷构件的出现,研究其微尺度力学性能对其工业生产与应用极具指导价值。本文采用纳米压痕技术研究了氧化铈稳定氧化锆陶瓷微尺度力学行为,并通过ABAQUS软件的有限元分析,对压入过程中各阶段材料的应力应变分布进行了研究,主要研究内容和结论如下:(1)使用连续刚度测量法,测试了不同加载应变率和不同压入深度条件下氧化锆陶瓷的力学性能。结果表明,加载应变率一定时,整体接触刚度-位移(S-h)曲线的斜率随压入深度增加而减小;压入深度一定时,S-h曲线斜率、硬度、弹性模量及弹性恢复率变化趋势一致,都随加载应变率的增加而增大;在保载蠕变段,蠕变位移和稳态蠕变应变率呈现明显应变率敏感性。(2)用量纲分析法推导出材料的双线性本构关系,使用ABAQUS有限元软件模拟了Berkovich三棱锥压头的纳米压入过程。数值模拟的结果表明,在纳米压入测试加载段,最大等效应力发生在压头正下方且形成一个静水压力核心,其随着压入的推进呈球形向外辐射扩展,由于弹塑性区域存在由剪应力诱发的马氏体相变,造成材料局部塑性形变不均匀而残余应力分布亦不规则。
【关键词】：氧化锆陶瓷 纳米压入 弹塑性变形 双线性本构 有限元分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 陶瓷材料简介9-11
• 1.2 氧化锆陶瓷工程应用及组织结构11-13
• 1.3 氧化锆陶瓷研究现状13-20
• 1.3.1 陶瓷力学行为的研究方法14-15
• 1.3.2 纳米压入技术15-16
• 1.3.3 纳米压痕技术在陶瓷力学性能表征中的应用16-20
• 1.4 本文主要研究内容及意义20-23
• 第二章 纳米压入法测试氧化锆陶瓷的力学性能23-43
• 2.1 纳米压痕测试方法23-30
• 2.1.1 纳米压痕设备23-24
• 2.1.2 连续刚度法（CSM）测量弹性模量和硬度24-29
• 2.1.3 连续刚度法（CSM）测试蠕变行为29-30
• 2.2 实验试样制备30-31
• 2.3 实验方法31
• 2.4 压入深度和应变率对氧化锆陶瓷弹塑性性能的影响31-40
• 2.4.1 接触刚度31-33
• 2.4.2 硬度和弹性模量33-37
• 2.4.3 蠕变性能37-40
• 2.5 本章小结40-43
• 第三章 有限元法模拟纳米压痕实验过程43-61
• 3.1 建立有限元模型44-48
• 3.1.1 模型建立45
• 3.1.2 材料属性45-46
• 3.1.3 网格划分46-47
• 3.1.4 分析步设置47
• 3.1.5 接触和边界条件47-48
• 3.2 氧化锆陶瓷应力-应变关系的确定48-55
• 3.2.1 量纲分析48
• 3.2.2 纳米压痕问题的量纲分析48-49
• 3.2.3 反演分析求解应力-应变关系49-53
• 3.2.4 推导结果可靠性验证53-55
• 3.3 有限元分析氧化锆陶瓷弹塑性形变55-60
• 3.3.1 应力分析55-58
• 3.3.2 弹塑性变形分析58-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 全文总结与展望61-65
• 4.1 全文总结61-63
• 4.2 工作展望63-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文73

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本文编号：667450