【摘要】：陶瓷材料以其優(yōu)良的機(jī)械、熱、化學(xué)性能在宇航、精密機(jī)械、微電子等領(lǐng)域應(yīng)用非常普遍。但陶瓷材料在粉體壓實(shí)和燒結(jié)制備過程中內(nèi)部會(huì)不可避免地引入各種隨機(jī)缺陷,這些缺陷大小、形狀及分布各異,以微裂紋和微孔洞較為典型。而陶瓷作為一種典型的硬脆性材料,在加工及服役過程中材料內(nèi)部受到外部載荷(如壓應(yīng)力)的作用,容易產(chǎn)生微裂紋、破碎等形式的內(nèi)部損傷以至工件斷裂。缺陷的存在往往是材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的源頭,其分布的隨機(jī)性會(huì)對(duì)材料強(qiáng)度、服役性能和可靠性等產(chǎn)生不可控影響。因此,研究外載荷作用下(特別是受壓狀態(tài)下)陶瓷材料的細(xì)觀損傷與破裂演化機(jī)制對(duì)于陶瓷材料性能檢測(cè)、評(píng)價(jià)及服役性能研究各方面具有重要的指導(dǎo)意義。本文以碳化硅陶瓷為研究對(duì)象,通過離散元數(shù)值仿真的方法研究其單軸壓縮下內(nèi)部缺陷對(duì)陶瓷材料力學(xué)性能和開裂模式的影響,為深入揭示受壓下含微缺陷的陶瓷材料損傷破壞機(jī)制及力學(xué)響應(yīng)情況提供重要指導(dǎo)。本文一共分成六章,各章主要研究?jī)?nèi)容如下:第一章介紹了本文研究的背景及意義,簡(jiǎn)要回顧了含缺陷脆性材料的裂紋擴(kuò)展、力學(xué)性能和數(shù)值仿真研究現(xiàn)狀,同時(shí)介紹了離散元法及其在陶瓷材料中的應(yīng)用,最后概括了論文課題來源及主要研究?jī)?nèi)容。第二章建立了含單條微裂紋缺陷的碳化硅陶瓷單軸壓縮離散元模型,對(duì)比研究了預(yù)制裂紋傾角對(duì)材料單軸壓縮力學(xué)性能及裂紋萌生與擴(kuò)展的影響;分析了加載過程中不同傾角的預(yù)制裂紋周圍力鏈場(chǎng)、位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布演化過程;探討了模型中預(yù)制裂紋尺寸的影響與選取范圍。第三章基于超橢圓方程建立了三種不同形狀的單孔洞缺陷碳化硅陶瓷離散元模型,研究了單個(gè)不同孔洞傾角下孔洞縱橫比及形狀對(duì)裂紋擴(kuò)展和力學(xué)性能的影響;最后探討了單孔洞缺陷尺寸的影響。第四章考慮不同位置及角度的微裂紋缺陷相互作用,研究了兩條平行微裂紋及非平行微裂紋之間的擴(kuò)展、匯合及對(duì)強(qiáng)度的影響;基于Mori-Tanaka法在微裂紋體有效模量計(jì)算上的應(yīng)用,引入了微裂紋密度函數(shù),研究了不同裂紋密度下試樣失效模式及對(duì)力學(xué)性能的影響。第五章研究了兩個(gè)平行和非平行橢圓形孔洞缺陷在不同位置及傾角下的擴(kuò)展匯合對(duì)強(qiáng)度的影響;同時(shí),基于Mori-Tanaka法引入了孔洞密度函數(shù),研究了孔洞密度對(duì)試樣失效及強(qiáng)度的影響,對(duì)比了不同孔洞密度下試樣有效模量的變化情況。第六章對(duì)本文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)與展望。
【圖文】：

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本文編號(hào)：2589792