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    开题报告PPT-陶瓷材料预应力加工机理的数值模拟与试验研究.ppt

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    开题报告PPT-陶瓷材料预应力加工机理的数值模拟与试验研究.ppt

    陶瓷材料预应力加工机理的数值模拟与试验研究,院 系 机械工程学院 专 业 机械设计及理论 方 向 超精密加工摩擦学 导 师 谭援强 教授 硕 士 姜胜强 日 期 2009年4月,目录,一、课题的背景、来源及研究意义 二、前人的研究成果 三、本课题的研究内容和目标 四、已有实验条件及实验方案 五、进展情况、存在的问题及拟解决方法 六、课题研究的进度安排,1、陶瓷材料的简介,陶瓷离子键和共价键 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性 能好、硬度高、弹性模量高; 塑性韧性差、 强度可靠性差。 结构材料耐火材料、陶瓷刀具、砂轮等 功能材料半导体,非线性压敏电阻材料等,,力学性能,,用 途,2、陶瓷材料的加工,,,,精密、超精密切削,精密、超精密磨削及研磨,精密、超精密特种加工,,3、陶瓷材料的磨削机理,通过空隙和裂纹的形成或扩展、剥落及碎裂等方式来完成。,材料是以剪切切屑成形方式去除。,,,压痕断裂力学模型,切削加工模型,,陶瓷磨削材料去除机理与陶瓷磨削力学损伤之间的关系,,塑性去除,,脆性断裂去除,材料产生塑性流动,影响加工表面的微观不平度,会产生表面残余应力。,破坏已加工表面的完整性,并残留裂纹损伤。,,,4、课题的研究思路,理 论 分 析,数 值 模 拟,实 验 研 究,断裂力学预应力下裂纹的扩展,PFC不同参数条件下的数值模拟(残余应力、裂纹、热应力),不同参数条件下的划痕实验、磨削实验,5、离散元法简介,把研究对象分离为刚性元素的 集合,使每个元素满足牛顿第 二运动方程,用中心差分的方 法求解各元素的运动方程,得 到研究对象的整体运动形态。,,基本思想,,应用领域,岩石、土力学、陶瓷加工等。 粉体压实、散体颗粒输送等。,,6、BPM模型,通过键连接的方式将颗粒与其 相邻的颗粒粘结在一起形成任意形状的组合体来模拟块体材料。,,作 用,7、BPM模型的局限性,,,,陶瓷断裂,模 型,,沿晶断裂,穿晶断裂,,刚性小球,键 断 裂,,8、完善BPM模型,优化cluster,刚性小球,球间可以拉伸破坏,也可以压缩叠加 。,Clump,Cluster,颗粒之间的粘结不会发生破坏,即整个聚粒可以看做一个超级大颗粒。,颗粒簇在受到大于其粘结强度的外力时,形成颗粒簇的颗粒间的粘结会破坏,以致颗粒簇内部的颗粒会分离,常用来模拟颗粒的破碎行为。,Cluster置换ball,寻找周围的ball构成cluster,,9、陶瓷模型的建立,,单轴压缩试验,,E,,UCS,,巴西试验,σt,,三点弯曲试验,σb3,,断裂韧性试验,K IC,SIC陶瓷二维离散元模型与实测主要力学性能比较,,10、实际加工存在的问题,,产 生 崩 豁,,产生原因,,,一、材料被切部分与已加工表面的最后分离不是由于正常切削,而是出于拉伸破坏所致。即切削产生的拉伸应力大于材料的抗拉强度允许值时,就会发生崩裂。,二、切削陶瓷形成崩碎切屑时,切屑变形所产生的龟裂往向下延伸,在切削所产生的拉应力的作用下,切屑连同被加工件基体的一部分一起崩落下来形成崩豁。,11、采取措施预应力加工,改变应力状态来增大工件材料的“塑性”,,,预应力加工技术,,预先在工件待加工表面一定深度内施加弹性范围的拉伸/压缩应力,,保持工件在该应力作用下进行切削或磨削加工,利用刀具对加工表面的挤压作用,将部分预应力通过塑性变形固化在工件表层,,,改变已加工表面残余应力状态,使已加工表面产生残余压应力。通过调整预应力的大小和施加方式,达到对残余应力大小和深度的控制。,,压痕裂纹扩展模拟,σ0为施加的约束应力,σc为材料的抗压强度,

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