氧化鋯陶瓷在工程領域有廣泛的應用,例如熱障涂層、生物醫(yī)學植入等。一方面,在應力誘導的條件下,氧化鋯會產生四方相至單斜相的相變,所以裂紋在向前擴展時裂尖附近的應力場會促使該相變的發(fā)生,并且在裂紋的擴展路徑上會留下相變區(qū)域,相變應變會阻礙裂紋向前擴展,從而產生增韌效應。以往在研究氧化鋯陶瓷相變增韌效應時,學者們大多采用了小范圍相變假設,且有限元模型都是二維模型。另一方面,當長期暴露于蒸汽環(huán)境時,氧化鋯陶瓷也會產生上述相變,但這會使它的斷裂韌性降低,這就是所謂的低溫退化現(xiàn)象。本文采用三維有限元模型研究氧化鋯陶瓷邊裂紋以及界面裂紋擴展的相變增韌效應,通過使用商業(yè)有限元軟件ABAQUS軟件中的UMAT子程序插入氧化鋯陶瓷材料的力學本構關系。本文不再使用之前常用的小范圍相變假設,且有限元模型為三維模型,研究的范圍變?yōu)榻Y構模型尺度,其中用了內聚力單元。我們將氧化鋯陶瓷材料與純彈性材料進行了對比。并且系統(tǒng)的討論了邊裂紋和界面裂紋條件下應力狀態(tài)、內聚力強度、剪切相變應變、相變激發(fā)能以及基體彈性模量對相變范圍大小和裂紋擴展的影響。同時我們還探討了低溫退化對氧化鋯陶瓷片斷裂韌性的影響。實驗結果表明,平面應力... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

應力誘導相變增韌示意圖

中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論，包括聚合物、金屬、陶瓷、混凝土結構以及雙層材料等的界面裂紋擴展行為時，內聚力單元模型被認為是最有可以很方便的用來模擬混合型裂紋擴展。雖然內聚力單，但在已發(fā)表的文獻中，只有少數(shù)文獻在研究相變材料的力單元。比如，F(xiàn)reed 和 Banks-Sills[13]用內聚力單元研究的擴展，他們發(fā)現(xiàn)內聚力單元的界面強度會對增韌效應4]在研究形狀記憶合金和線彈性或彈塑性材料界面裂紋擴到了內聚力單元。Baxevanis 等[15, 16]使用虛擬裂紋閉合技合金裂紋擴展行為，他們用到了內聚力單元并討論了塑韌性的影響。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文影響。相比于僅考慮體積相變，全場有限元分析法證實了相變產生增強了 R 曲線行為。因此，無論是實驗研究還是理論模型都證實象發(fā)生，剪切相變應變對上述材料相變增韌的影響不可忽略。20Sun[31]的本構關系運用到有限元軟件中，研究了氧化鋯陶瓷的相變影響。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Y2O3穩(wěn)定ZrO2相結構的拉曼光譜研究[J]. 谷晉騏,岳武,柴玉瑛.  光散射學報. 1994(02)

碩士論文
[1]氧化鋯陶瓷三維裂紋擴展和壓痕實驗的有限元模擬研究[D]. 劉念.華中科技大學 2016
[2]水凝膠壓痕實驗和裂紋擴展行為的有限元模擬研究[D]. 郭佳新.華中科技大學 2015
[3]內聚力模型的分析及有限元子程序開發(fā)[D]. 黃劉剛.鄭州大學 2010



本文編號：3301155