脆性材料由于其具有高強(qiáng)度、高硬度和良好的耐熱性等性能而被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)中,但脆性材料在極小的應(yīng)變下即可形成導(dǎo)致材料破壞的裂紋。因此,認(rèn)識脆性材料中裂紋的形成及其傳播特性,對于設(shè)計和優(yōu)化脆性材料微結(jié)構(gòu),進(jìn)而提高其斷裂韌性具有重要的指導(dǎo)意義。本文基于離散單元法數(shù)值模擬,從微觀晶粒尺度出發(fā)對脆性材料中的裂紋擴(kuò)展特性進(jìn)行了研究。具體研究工作如下:介紹了本研究工作所采用的離散單元法力學(xué)模型。隨后以部分燒結(jié)三氧化二鋁陶瓷材料為模擬對象,考察了其楊氏模量和拉伸斷裂強(qiáng)度隨固含率的變化,并通過與文獻(xiàn)報道的實驗數(shù)據(jù)對比,檢驗了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明,模擬預(yù)測的楊氏模量和斷裂強(qiáng)度與文獻(xiàn)報道數(shù)據(jù)能夠定量吻合。考察了裂紋與孔洞之間的相互作用機(jī)制。模擬結(jié)果表明,取決于兩者之間的相對排列型式和相對距離,孔洞既可對裂紋擴(kuò)展起到促進(jìn)作用,也可呈現(xiàn)抑制效果。對比無孔洞情況,在裂紋前端合理地布置孔洞位置可以有效地提高材料的斷裂應(yīng)變。這一結(jié)果為下一步優(yōu)化陶瓷材料微結(jié)構(gòu)以提高其斷裂韌性提供了借鑒思路。模擬研究了拉伸加載情況下,預(yù)制裂紋在陶瓷材料內(nèi)部的擴(kuò)展特性。模擬結(jié)果表明,取決于加載速率,預(yù)制裂紋擴(kuò)展過程中可呈直線...

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
1.緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 脆性材料裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬研究
        1.2.1 有限元
        1.2.2 近場動力學(xué)
        1.2.3 格點彈簧模型
        1.2.4 離散單元法
        1.2.5 分子動力學(xué)
    1.3 本文研究主要目標(biāo)
2.離散單元法作用模型
    2.1 接觸力模型
        2.1.1 基本方程
        2.1.2 接觸模型的修正
    2.2 計算流程
    2.3 參數(shù)設(shè)置
    2.4 數(shù)值制備
    2.5 結(jié)果與討論
    2.6 小結(jié)
3.孔洞對裂紋擴(kuò)展特性的影響研究
    3.1 試樣制備
    3.2 孔洞與預(yù)制裂紋尖端的距離的影響
        3.2.1 孔洞位于預(yù)制裂紋正前方(z=0)
        3.2.2 孔洞位于預(yù)制裂紋尖端正上方(x=0)
        3.2.3 孔洞位于預(yù)制裂紋中點正上方
    3.3 孔洞與預(yù)制裂紋所成角度(θ)的影響
    3.4 孔洞半徑(r)的影響
    3.5 小結(jié)
4.裂紋動態(tài)擴(kuò)展特性模擬研究
    4.1 試樣制備
    4.2 裂紋動態(tài)擴(kuò)展特性
    4.3 裂紋失穩(wěn)原因分析
    4.4 小結(jié)
5.結(jié)論與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝
作者簡介



本文編號：3958166