SiC陶瓷双向预压应力磨削机理研究

发布时间：2017-09-12 03:13

  本文关键词：SiC陶瓷双向预压应力磨削机理研究

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【摘要】：工程陶瓷因其优越的物理和化学性能而被广泛应用于机械、汽车、航空航天、能源、电子等领域。随着现代工业的不断进步,工业产品逐渐向高精尖方向发展,人们对陶瓷零部件的要求也越来越高,如高质量、高精度、高可靠性。然而由于工程陶瓷的高硬度和高脆性,在加工过程中难以避免的产生加工损伤和裂纹,大大降低了其可靠性,因此工程陶瓷材料的高效低损伤加工一直是大量学者们研究的重要课题。本文提出了一种事先对陶瓷材料加一个双向的压应力,然后再对其进行加工的新型加工方法。本文的主要工作如下:基于陶瓷材料压痕断裂力学理论,建立了陶瓷材料双向预压应力下划痕应力场分布理论模型,基于该模型分析了双向预压应力以及载荷比对SiC陶瓷划痕应力场分布状态的影响。采用SiC陶瓷为实验工件,选取了不同的双向预压应力以及法向载荷进行了划痕实验;用超景深显微镜对划痕表面/亚表面损伤及裂纹扩展状态进行了观察;分析了划痕过程中切向力以及声发射信号的变化规律;综合以上观察及分析结果,分析了双向预压应力对陶瓷材料划痕损伤以及裂纹扩展的影响。采用SiC陶瓷为实验工件,选取了不同的双向预压应力、磨削深度以及磨削方向进行了磨削实验;用扫描电镜观察了磨削表面形貌以及亚表面损伤情况;分析了双向预压应力对陶瓷磨削损伤、磨削力、磨削力比以及磨削表面质量的影响。采用Cluster方法建立了SiC陶瓷离散元模型;采用不同的双向预压应力以及划痕深度进行了SiC陶瓷划痕离散元模拟;分析了双向预压应力对划痕过程中裂纹扩展以及切向力的影响。从本文的研究结果来看,在陶瓷材料的加工过程中施加了双向预压应力以后,一定程度上限制了径向裂纹的扩展,改善了磨削表面质量,降低了材料加工损伤。若在陶瓷材料磨削加工过程中施加一定的双向预压应力,在采取较大的磨削深度下还可以得到较小的加工损伤,即可以实现陶瓷材料的高效低损伤加工。
【关键词】：陶瓷 双向预压应力 裂纹 磨削 离散元法
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 陶瓷材料的加工模型10-11
• 1.3 国内外陶瓷加工研究现状11-15
• 1.3.1 工程陶瓷的机械加工12-13
• 1.3.2 工程陶瓷特种加工13-15
• 1.4 预应力加工概念及研究概况15-16
• 1.5 本课题研究的来源、内容及意义16-18
• 第2章 双向预压应力下划痕应力场模型及应力场分析18-29
• 2.1 压痕力学模型18-19
• 2.2 双向预压应力划痕力学模型19-22
• 2.2.1 划痕力学模型的建立19-21
• 2.2.2 双向预压应力划痕应力场求解21-22
• 2.3 双向预压应力划痕过程应力场分析22-28
• 2.3.1 双向预压应力对主应力的影响24-26
• 2.3.2 载荷比对主应力的影响26-27
• 2.3.3 双向预压应力对最大剪应力的影响27-28
• 2.3.4 载荷比对最大剪应力的影响28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 SiC陶瓷双向预压应力划痕实验研究29-40
• 3.1 划痕实验准备29-32
• 3.1.1 双向预压应力施加装置29-30
• 3.1.2 试件表面预处理30-31
• 3.1.3 实验条件及实验方案31-32
• 3.2 表面/亚表面裂纹及损伤观察32-35
• 3.2.1 表面裂纹及损伤32-34
• 3.2.2 亚表面裂纹及损伤34-35
• 3.3 切向力35-36
• 3.4 AE信号分析36-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 SiC陶瓷双向预压应力磨削实验40-53
• 4.1 陶瓷磨削的材料去除机理40-41
• 4.1.1 陶瓷磨削的脆性去除40
• 4.1.2 陶瓷材料的粉末化去除机理40-41
• 4.1.3 陶瓷材料的延性域去除41
• 4.2 陶瓷磨削损伤与材料去除机理之间关系及其对工件性能的影响41-42
• 4.3 双向预压应力磨削实验条件42-43
• 4.4 SiC陶瓷双向预压应力磨削实验结果43-51
• 4.4.1 SiC陶瓷磨削表面形貌44-46
• 4.4.2 亚表面损伤46-48
• 4.4.3 磨削力48-51
• 4.4.4 表面粗糙度51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 SiC陶瓷双向预压应力划痕实验离散元模拟53-61
• 5.1 离散元简介53-54
• 5.2 BPM模型和三维clsuter方法54-55
• 5.3 SiC陶瓷三维Cluster模型建立55-57
• 5.4 SiC陶瓷双向预压应力划痕离散元模拟及其结果分析57-60
• 5.5 本章小结60-61
• 总结及展望61-64
• 全文总结61-62
• 研究展望62-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士期间所发表的论文与参与的科研项目71
• 一、发表的论文71
• 二、参与的科研项目71

【参考文献】

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1 于爱兵,徐燕申,林彬,王龙山;工程陶瓷磨削裂纹形成过程研究[J];天津大学学报;1999年02期

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本文编号：834729