sic陶瓷双向预压应力磨削机理研究

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1、学校代码10530学号201230071668分类号TG580密级公开硕士学位论文SiC陶瓷双向预压应力磨削机理研究学位申请人张文博指导教师张高峰教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向先进制造工艺工具及装备二〇一五年六月五日StudyontheMachiningMechanismofGrindingSiCCeramicunderBiaxialCompressivePre-stressingCandidateZhangWenboSupervisorProf.ZhangGaofengColle

2、geSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationAdvancedmanufacturingtechnologyandequipmentDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明；所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内

3、容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重耍贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：曰期：知粋月曰］学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采巧影印、缩巧或扫描等复制手段保存和汇编

4、本学位论文。鞭密论文按学校规定处理。作者签名；曰期麵月ｙ日导师签名日期；挪（年知如＾＼摘要工程陶瓷因其优越的物理和化学性能而被广泛应用于机械、汽车、航空航天、能源、电子等领域。随着现代工业的不断进步，工业产品逐渐向高精尖方向发展，人们对陶瓷零部件的要求也越来越高，如高质量、高精度、高可靠性。然而由于工程陶瓷的高硬度和高脆性，在加工过程中难以避免的产生加工损伤和裂纹，大大降低了其可靠性，因此工程陶瓷材料的高效低损伤加工一直是大量学者们研究的重要课题。本文提出了一种事先对陶瓷材

5、料加一个双向的压应力，然后再对其进行加工的新型加工方法。本文的主要工作如下：基于陶瓷材料压痕断裂力学理论，建立了陶瓷材料双向预压应力下划痕应力场分布理论模型，基于该模型分析了双向预压应力以及载荷比对SiC陶瓷划痕应力场分布状态的影响。采用SiC陶瓷为实验工件，选取了不同的双向预压应力以及法向载荷进行了划痕实验；用超景深显微镜对划痕表面/亚表面损伤及裂纹扩展状态进行了观察；分析了划痕过程中切向力以及声发射信号的变化规律；综合以上观察及分析结果，分析了双向预压应力对陶瓷材料划痕损伤以及裂纹扩展的影响。采

6、用SiC陶瓷为实验工件，选取了不同的双向预压应力、磨削深度以及磨削方向进行了磨削实验；用扫描电镜观察了磨削表面形貌以及亚表面损伤情况；分析了双向预压应力对陶瓷磨削损伤、磨削力、磨削力比以及磨削表面质量的影响。采用Cluster方法建立了SiC陶瓷离散元模型；采用不同的双向预压应力以及划痕深度进行了SiC陶瓷划痕离散元模拟；分析了双向预压应力对划痕过程中裂纹扩展以及切向力的影响。从本文的研究结果来看，在陶瓷材料的加工过程中施加了双向预压应力以后，一定程度上限制了径向裂纹的扩展，改善了磨削表面质量，降低

7、了材料加工损伤。若在陶瓷材料磨削加工过程中施加一定的双向预压应力，在采取较大的磨削深度下还可以得到较小的加工损伤，即可以实现陶瓷材料的高效低损伤加工。关键词：陶瓷；双向预压应力；裂纹；磨削；离散元法IAbstractIndustrialceramicshavebeenwidelyusedinmachinery,automobiles,aerospaceengineering,energyprojects,electronicsandotherfieldsduetotheirexcellentphys

8、icalandchemicalproperties.Asmodernindustryprogressesanditsproductsgraduallybecomemoresophisticated,thereareincreasinglyhighrequirementsforceramiccomponents,suchashighquality,highprecisionandhighreliability.However,duetothehighhardnessan