力热耦合作用下氧化锆陶瓷精密磨削损伤仿真与实验研究

发布时间：2020-04-08 01:51

【摘要】：工程陶瓷材料以其高强度、高硬度、耐磨、耐高温、耐化学腐蚀以及与钢材料相比的低密度和增韧改性等优良性能,在航空、航天、军事、汽车、运输、民用甚至电子产品等重要领域得到广泛的应用。目前,工程陶瓷材料主要是采用超硬精细磨料来对其进行精密的磨削加工。由于其硬脆特性,磨削加工时易产生裂纹、凹坑和损伤层等加工表面/亚表面损伤,造成零部件使用性能和使用寿命的下降。因此,本文以氧化锆陶瓷为研究对象,开展氧化锆陶瓷动态力学性能研究。结合氧化锆陶瓷动态力学性能,综合考虑力热耦合效应进行磨削仿真,分析力热耦合作用对磨削损伤的影响以及工艺参数对磨削损伤的影响规律。通过实验验证仿真结果,并研究氧化锆陶瓷精密磨削去除机理和损伤机理,为提高磨削加工质量提供指导。本文具体研究工作内容包括:首先,基于SHPB原理和脆性材料特性改进实验装置,开展氧化锆陶瓷动态力学性能研究,分析一维冲击载荷下氧化锆陶瓷的力学性能。基于损伤力学基本理论并结合弹脆性损伤模型对损伤变量进行定义,建立一维冲击载荷下氧化锆陶瓷弹脆性损伤本构模型,并根据SHPB实验结果确定弹脆性损伤本构关系。其次,基于砂轮表面形貌检测,采用与实际磨粒相似的截角八面体来模拟磨粒的形状,建立磨粒位置与姿态都随机分布的局部砂轮仿真模型。结合氧化锆陶瓷的动态力学性能和真实应力应变曲线,自定义工件材料本构模型。综合考虑磨削加工中的力热耦合效应进行仿真,模拟力热耦合作用下氧化锆陶瓷精密磨削过程,研究工艺参数对磨削损伤的影响规律。通过对比单一力作用下的损伤深度和力热耦合作用下的损伤深度,探讨力和温度的耦合效应对磨削损伤的影响。最后,开展平面磨削实验和损伤检测实验,对磨削力、磨削温度、工件表面形貌和工件亚表面损伤深度进行检测和分析,并把实验结果与仿真结果进行对比,验证仿真的正确性。基于工件表面形貌和工件亚表面损伤检测,分析氧化锆陶瓷材料的去除机理和损伤机理。
【图文】：

航空航天,陶瓷材料,脆性材料

图 1.1 陶瓷材料在机械、航空航天等领域中的运用Fig. 1.1 The use of ceramic materials in different fields国内外研究现状基于本文研究背景及意义，主要从脆性材料 SHPB 技术、损伤本构关面形貌建模、磨削仿真等方面涉及到的问题背景及研究技术进行研究。脆性材料 SHPB 技术分离式霍普金森压杆（Split-Hopkinson Pressure Bar—SHPB）对材料学性能测试，可有效避免冲击载荷作用下直接测量时存在的困难和结4]。SHPB 实验技术可以获得材料高应变率应力应变曲线，能够在 102内进行测量，已经广泛应用于材料的动态力学响应测试[5]。然而由于度、强度都较大，，断裂破坏应变一般仅有千分之几，即破坏应变小、为了获取有效、精确的实验数据，SHPB 实验装置应用脆性材料动态试时存在一些问题。近年来，主要针对以下几种情况进行研究：（1）

氧化锆陶瓷,试件

冲击载荷下氧化锆陶瓷本构耐高温、耐腐蚀和耐磨损等优良性能，件环境中具有极强的使用价值，并在机。常压下氧化锆以单斜晶系、四方晶系制备的氧化锆为单斜晶系。由于 ZrO2晶成裂纹，所以单纯的氧化锆陶瓷不容易定剂量，能够得到部分稳定氧化锆陶瓷瓷三种类型的氧化锆陶瓷。本实验使用光而成的，如图 2.1 所示。它是由深圳陶瓷，属于四方氧化锆多晶体陶瓷，是其中氧化锆的含量为 94.8%，晶粒尺寸
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG580.6

【参考文献】