【摘要】：工程陶瓷材料以其高強(qiáng)度、高硬度、耐磨、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕以及與鋼材料相比的低密度和增韌改性等優(yōu)良性能,在航空、航天、軍事、汽車、運(yùn)輸、民用甚至電子產(chǎn)品等重要領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前,工程陶瓷材料主要是采用超硬精細(xì)磨料來對(duì)其進(jìn)行精密的磨削加工。由于其硬脆特性,磨削加工時(shí)易產(chǎn)生裂紋、凹坑和損傷層等加工表面/亞表面損傷,造成零部件使用性能和使用壽命的下降。因此,本文以氧化鋯陶瓷為研究對(duì)象,開展氧化鋯陶瓷動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究。結(jié)合氧化鋯陶瓷動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,綜合考慮力熱耦合效應(yīng)進(jìn)行磨削仿真,分析力熱耦合作用對(duì)磨削損傷的影響以及工藝參數(shù)對(duì)磨削損傷的影響規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果,并研究氧化鋯陶瓷精密磨削去除機(jī)理和損傷機(jī)理,為提高磨削加工質(zhì)量提供指導(dǎo)。本文具體研究工作內(nèi)容包括:首先,基于SHPB原理和脆性材料特性改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置,開展氧化鋯陶瓷動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究,分析一維沖擊載荷下氧化鋯陶瓷的力學(xué)性能。基于損傷力學(xué)基本理論并結(jié)合彈脆性損傷模型對(duì)損傷變量進(jìn)行定義,建立一維沖擊載荷下氧化鋯陶瓷彈脆性損傷本構(gòu)模型,并根據(jù)SHPB實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定彈脆性損傷本構(gòu)關(guān)系。其次,基于砂輪表面形貌檢測(cè),采用與實(shí)際磨粒相似的截角八面體來模擬磨粒的形狀,建立磨粒位置與姿態(tài)都隨機(jī)分布的局部砂輪仿真模型。結(jié)合氧化鋯陶瓷的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線,自定義工件材料本構(gòu)模型。綜合考慮磨削加工中的力熱耦合效應(yīng)進(jìn)行仿真,模擬力熱耦合作用下氧化鋯陶瓷精密磨削過程,研究工藝參數(shù)對(duì)磨削損傷的影響規(guī)律。通過對(duì)比單一力作用下的損傷深度和力熱耦合作用下的損傷深度,探討力和溫度的耦合效應(yīng)對(duì)磨削損傷的影響。最后,開展平面磨削實(shí)驗(yàn)和損傷檢測(cè)實(shí)驗(yàn),對(duì)磨削力、磨削溫度、工件表面形貌和工件亞表面損傷深度進(jìn)行檢測(cè)和分析,并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證仿真的正確性�；诠ぜ砻嫘蚊埠凸ぜ䜩啽砻鎿p傷檢測(cè),分析氧化鋯陶瓷材料的去除機(jī)理和損傷機(jī)理。
【圖文】：

圖 1.1 陶瓷材料在機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域中的運(yùn)用Fig. 1.1 The use of ceramic materials in different fields國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基于本文研究背景及意義，主要從脆性材料 SHPB 技術(shù)、損傷本構(gòu)關(guān)面形貌建模、磨削仿真等方面涉及到的問題背景及研究技術(shù)進(jìn)行研究。 脆性材料 SHPB 技術(shù)分離式霍普金森壓桿（Split-Hopkinson Pressure Bar—SHPB）對(duì)材料學(xué)性能測(cè)試，可有效避免沖擊載荷作用下直接測(cè)量時(shí)存在的困難和結(jié)4]。SHPB 實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以獲得材料高應(yīng)變率應(yīng)力應(yīng)變曲線，能夠在 102內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)測(cè)試[5]。然而由于度、強(qiáng)度都較大，，斷裂破壞應(yīng)變一般僅有千分之幾，即破壞應(yīng)變小、為了獲取有效、精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，SHPB 實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用脆性材料動(dòng)態(tài)試時(shí)存在一些問題。近年來，主要針對(duì)以下幾種情況進(jìn)行研究：（1）

沖擊載荷下氧化鋯陶瓷本構(gòu)耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等優(yōu)良性能，件環(huán)境中具有極強(qiáng)的使用價(jià)值，并在機(jī)。常壓下氧化鋯以單斜晶系、四方晶系制備的氧化鋯為單斜晶系。由于 ZrO2晶成裂紋，所以單純的氧化鋯陶瓷不容易定劑量，能夠得到部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷瓷三種類型的氧化鋯陶瓷。本實(shí)驗(yàn)使用光而成的，如圖 2.1 所示。它是由深圳陶瓷，屬于四方氧化鋯多晶體陶瓷，是其中氧化鋯的含量為 94.8%，晶粒尺寸
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG580.6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 果春煥;周培俊;陸子川;常云鵬;鄒廣平;姜風(fēng)春;;波形整形技術(shù)在Hopkinson桿實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J];爆炸與沖擊;2015年06期

2 董春亮;趙光明;;基于能量耗散和聲發(fā)射的巖石損傷本構(gòu)模型[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2015年05期

3 蔡燦;伍開松;袁曉紅;程少杰;;中低應(yīng)變率下的巖石損傷本構(gòu)模型研究[J];巖土力學(xué);2015年03期

4 段念;王文珊;于怡青;黃輝;徐西鵬;;基于FEM與SPH耦合算法的單顆磨粒切削玻璃的動(dòng)態(tài)過程仿真[J];中國機(jī)械工程;2013年20期

5 段士偉;李永池;李平;;陶瓷材料SHPB實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)墊塊法[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2013年05期

6 平琦;馬芹永;袁璞;;SHPB試驗(yàn)巖石試件應(yīng)力平衡時(shí)間預(yù)估分析[J];振動(dòng)與沖擊;2013年12期

7 劉月明;鞏亞東;曹振軒;;基于數(shù)值建模的砂輪形貌仿真與測(cè)量[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年23期

8 宿崇;施志輝;劉元偉;;陶瓷CBN砂輪地貌建模與磨削仿真[J];中國機(jī)械工程;2012年14期

9 言蘭;姜峰;融亦鳴;;基于數(shù)值仿真技術(shù)的單顆磨粒切削機(jī)理[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年11期

10 呂長飛;李郝林;;外圓磨削砂輪形貌仿真與工件表面粗糙度預(yù)測(cè)[J];中國機(jī)械工程;2012年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 姜錫權(quán);胡時(shí)勝;;霍普金森桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展綜述[A];Hopkinson桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 劉偉;基于單顆磨粒切削的氮化硅陶瓷精密磨削仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2014年

2 朱大虎;難加工材料高速外圓磨削機(jī)理及其表面完整性研究[D];東華大學(xué);2011年

3 言蘭;基于單顆磨粒切削的淬硬模具鋼磨削機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2010年

4 鮑雨梅;一種陶瓷材料表面/亞表面損傷表征方法及其在磨削損傷檢測(cè)中的應(yīng)用[D];浙江工業(yè)大學(xué);2009年

5 宿崇;虛擬磨削關(guān)鍵理論及其技術(shù)的研究[D];東北大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 白曉瑋;混凝土損傷本構(gòu)關(guān)系的研究與應(yīng)用[D];鄭州大學(xué);2017年

2 王常楚;脆性材料磨削材料去除及亞表面損傷的理論與仿真研究[D];湖南大學(xué);2016年

3 劉申張;蘭尖鐵礦輝長巖SHPB試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 趙小雨;金剛石砂輪三維形貌建模及磨削工程陶瓷的數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南科技大學(xué);2015年

5 趙習(xí)金;分離式霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)和應(yīng)用[D];中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2618712