氧化鋯陶瓷三維裂紋擴展和壓痕實驗的有限元模擬研究.pdf

1、氧化鋯陶瓷是一種無機非金屬材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性，作為全瓷牙的原材料廣泛應(yīng)用于口腔修復(fù)領(lǐng)域，即醫(yī)用氧化鋯陶瓷。作為口腔修復(fù)材料，氧化鋯陶瓷韌性和強度高，生物相容性好，生產(chǎn)出的全瓷牙性能和美學(xué)效果與真牙非常接近。其中氧化鋯陶瓷韌性的提高與材料的相變增韌效應(yīng)密切相關(guān)。因此本文著重探討了氧化鋯陶瓷的相變增韌效應(yīng)對裂紋萌生和擴展的影響。
　　本文采用Sun的本構(gòu)模型，編寫用戶子程序UMAT應(yīng)用于有限元軟件ABAQUS中來模擬

2、氧化鋯陶瓷的相變行為，采用零厚度內(nèi)聚力單元來模擬材料在外加載荷作用下裂紋的萌生與擴展過程。首先，本文建立三維單向拉伸的內(nèi)聚力有限元模型模擬了氧化鋯陶瓷片狀裂紋的萌生與擴展過程，探討了氧化鋯陶瓷材料的剪切相變因子，硬化參數(shù)，內(nèi)聚力單元的界面強度，預(yù)設(shè)裂紋半徑對裂紋附近相變的分布，裂紋擴展速率等的影響。片狀裂紋有限元仿真結(jié)果表明氧化鋯陶瓷的剪切相變分量對材料的斷裂韌性影響顯著，硬化因子越大相變越難以發(fā)生，同時發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚力單元的界面強度對裂紋附

3、近的相變分布也有顯著影響。
　　其次，分別建立了三維球形壓痕和Vickers壓痕的有限元模型，探討了壓痕附近的相變分布情況以及相變增韌效應(yīng)對壓痕裂紋的影響。壓痕有限元仿真結(jié)果表明，壓痕附近的裂紋大致呈現(xiàn)由表及里逐漸降低的趨勢。關(guān)于壓痕裂紋，Vickers壓痕有限元仿真發(fā)現(xiàn)氧化鋯陶瓷的裂紋主要是在卸載過程因為殘余應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的；相變既能產(chǎn)生增韌效應(yīng)而抑制氧化鋯陶瓷裂紋的萌生和擴展，又能形成殘余應(yīng)力而促進裂紋的萌生和擴展，說明相變