SiC陶瓷預(yù)應(yīng)力切削的離散元模擬和劃痕實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、陶瓷材料因其優(yōu)良的力學(xué)性能而得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用,但陶瓷器件對(duì)加工質(zhì)量要求非?？量?在對(duì)陶瓷器件進(jìn)行表面機(jī)械加工時(shí),刀具與陶瓷表面的接觸作用會(huì)造成加工損傷,主要體現(xiàn)在表面/亞表面裂紋及表面殘余應(yīng)力,這類加工損傷使得陶瓷器件的加工成本很高,進(jìn)而限制了其廣泛應(yīng)用,因此研究陶瓷加工中的損傷及控制機(jī)理一直是陶瓷加工及應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究課題。本文通過離散元模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對(duì)預(yù)應(yīng)力加工SiC陶瓷的過程及其已加工表面形貌進(jìn)行了深入的研究,

2、為開發(fā)新的精密加工技術(shù)、優(yōu)化加工工藝參數(shù)提高加工質(zhì)量和加工效率拓展出一條新的思路,并對(duì)發(fā)展高效、低損傷的陶瓷材料預(yù)應(yīng)力切削新工藝有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用背景。
　　全文共分五章,各章內(nèi)容簡(jiǎn)述如下。
　　第1章介紹了論文的研究背景和意義,總結(jié)了陶瓷材料加工、預(yù)應(yīng)力加工和離散元法應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外研究概況,提出了本文的研究?jī)?nèi)容和主題框架。
　　第2章介紹了陶瓷材料在加工中裂紋源的形成并且分析了其形成機(jī)理,并介紹陶瓷材料加工裂紋

3、損傷的實(shí)驗(yàn)觀察和分類,描述了不同裂紋損傷的形貌特點(diǎn)和形成機(jī)理,最后介紹了目前的常用改善加工裂紋的手段,提出預(yù)應(yīng)力加工新工藝的應(yīng)用。
　　第3章概述了基于離散元法的PFC2D軟件及應(yīng)用,采用PFC2D軟件中的Cluster方法建立了能描述陶瓷材料的沿晶斷裂和穿晶斷裂力學(xué)行為的離散元BPM模型,并運(yùn)用到SiC陶瓷材料中。
　　第4章采用五因素四水平表,根據(jù)所建立的SiC陶瓷的離散元BPM模型進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力切削的離散元模擬,定性分析

4、了預(yù)應(yīng)力大小、背吃刀量、切削速度、切削刃鈍圓半徑和刀具前角對(duì)SiC陶瓷離散元切削模擬的影響,并得到了切削過程中裂紋的擴(kuò)展過程和已加工表面質(zhì)量,并據(jù)此優(yōu)化了加工工藝參數(shù)。
　　第5章為SiC陶瓷的預(yù)應(yīng)力劃痕試驗(yàn)設(shè)計(jì)了預(yù)應(yīng)力施力裝置。基于預(yù)應(yīng)力加工原理和壓痕斷裂力學(xué)理論,對(duì)SiC陶瓷進(jìn)行劃痕試驗(yàn)研究,得到了切削力和裂紋擴(kuò)展的變化規(guī)律,并定性分析了預(yù)應(yīng)力大小對(duì)它們的影響;觀察了表面/亞表面的裂紋損傷情況,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和離散元結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,