基于非局部理論的ZTA納米復相陶瓷超聲加工延性高效本質(zhì)特征研究.pdf

1、針對陶瓷的脆性、不均勻性以及較低的韌性和強度，超聲波加工作為最有效的方法之一被提出。為了更好的研究陶瓷材料的超聲波加工技術(shù)，解釋超聲磨削中的高效延性的現(xiàn)象。本文基于非局部理論，著重于探索超聲波與ZTA納米復相陶瓷材料的作用機理，從磨削力特性、材料去除效率和磨削表面微觀形貌等方面闡述了超聲頻率對陶瓷加工特性的影響，揭示了超聲加工時所產(chǎn)生的延性高效現(xiàn)象的理論本質(zhì)，為進一步完善超聲加工的理論奠定了基礎。本文主要研究內(nèi)容包括:
　　通過對

2、ZTA納米復相陶瓷的內(nèi)稟長度和外部超聲波長之間作用關(guān)系的研究，分析了材料在超聲振動作用下的力學行為，引入非局部理論，建立了超聲下的本構(gòu)模型。通過ZTA納米復相陶瓷試件波速實驗，得出波速與頻率的關(guān)系，解釋了波速的衰減現(xiàn)象。根據(jù)波速的測量結(jié)果，通過計算獲得了標準化非局部模量（非局部模量與經(jīng)典模量的比值）隨頻率以及影響域的變化規(guī)律。針對標準化非局部模量進行積分計算，得出超聲下的非局部應力衰減規(guī)律。通過超聲磨削實驗，研究了超聲振動頻率對磨削力的

3、影響，進一步驗證了超聲下的本構(gòu)模型。
　　針對超聲磨削過程中磨削表面裂紋的疲勞斷裂過程在動態(tài)下難以測量的情況，設計了疲勞等效實驗，從而模擬實際加工過程的受力狀況進行磨削疲勞研究。本文著重于研究大進給量磨削（5μm-15μm）和小進給量磨削(2μm-5μm)兩種情況，分別采用大載荷循環(huán)加載和小載荷循環(huán)加載的兩種實驗方式進行分析。針對大載荷循環(huán)加載，采用修正后的Morrow方程進行等效轉(zhuǎn)換，并進行疲勞等效實驗，得出超聲磨削裂紋斷裂壽命

4、與應力振幅的關(guān)系。而對于小載荷循環(huán)加載，通過逐級加載的實驗方式，獲得了不同超聲頻率下的裂紋斷裂時間與強度，從相似的角度揭示了在小進給磨削過程中，磨削表面裂紋隨超聲頻率升高而受到較強抑制作用，表面質(zhì)量得到提高。
　　為了獲得超聲頻率對ZTA納米復相陶瓷磨削效率（超聲下臨界切削厚度、脆延轉(zhuǎn)變以及材料去除率）的影響規(guī)律，通過超聲振動下軸向拉伸實驗，研究超聲下的斷裂強度和動態(tài)斷裂韌性隨頻率的變化規(guī)律。對比不同頻率下的拉伸力學行為及試件斷口

5、微觀特征的變化，并基于非局部理論的應力衰減原理，解釋了超聲下斷裂強度隨頻率升高而降低的原因。通過超聲振動下的磨削表面硬度實驗以及磨削率實驗，得出超聲下的等效硬度值及磨削率隨超聲頻率的變化趨勢。根據(jù)實驗結(jié)果分析得出，超聲振動作用增大了臨界切削厚度，擴大了脆延轉(zhuǎn)變范圍，提高了材料磨削去除率，進一步闡述了超聲磨削中的高效延性本質(zhì)特征。
　　通過超聲刻劃及超聲磨削實驗，針對0kHz、19.9 kHz、29.3 kHz和35.6 kHz多個