超声拉伸陶瓷材料断裂机理研究

基于非局部理论对超声振动拉伸下ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷材料的力学特性进行了研究,建立了超声振动拉伸下的非局部本构模型.通过数值模拟,研究了晶粒间距、超声振幅、频率等内外部特征变量对非局部核函数的影响规律,振幅、频率对核函数的影响均呈现下开口抛物线性形状,对核函数的影响存在一个临界值.通过超声单轴拉伸试验,对理论推导的核函数影响规律进行验证.在超声单轴拉伸实验下通过观察陶瓷断口SEM形貌,分析了裂纹扩展规律及断口微观结构的变化特征,获得了超声振幅和频率对陶瓷材料微观结构的影响规律.结果表明超声振动改变了材料的断裂方式和微观组织结构,断裂应力随着振幅和频率的增大而减小而后增大,试验得出了与非局部理论一致的结论.证实了超声振动对裂纹扩展起到了促进作用.     

圆锥型复合变幅杆优化及动力学特性

针对应用传统解析法设计复合变幅杆过于繁琐的问题,提出采用简便、有效的微积法对圆锥复合变幅杆进行设计,之后通过Ansys软件对其结构进行有限元分析。此外,基于Ansys优化设计功能对变幅杆进行优化修整,对优化前后变幅杆进行阻抗分析和振动性能测试,测试结果表明优化后变幅杆振动效果更佳。最后,应用Ansys软件对变幅杆进行动力学特性分析,得到了不同直径、不同面积系数下变幅杆放大系数、最大应力值,并对仿真结果进行分析后得出了其动力学参数与大端直径及面积系数之间的关系。     

基于工件施振的纳米陶瓷超声ELID复合平面磨削氧化膜特性研究

基于超声振动磨削与ELID磨削加工机理,在精密平面磨床上构建超声施加于工件上时的超声ELID复合平面磨削系统试验平台.氧化膜的状态直接影响复合磨削的加工质量和效率,建立了氧化膜生成的理论模型,进而分别讨论了电解电流与氧化膜厚度、磨削力与氧化膜强度之间的紧密联系.这里采用信号表征磨削过程中砂轮外层氧化膜状态,以磨削力、电流分别表征氧化膜的强度、厚度状态,通过纳米陶瓷ELID磨削与超声ELID复合磨削试验,得出工件超声振动对ELID在线修整过程中氧化膜生成的厚度与强度影响很小,可以判定复合磨削过程中两种磨削方式为弱相关.     

超声激励ZTA陶瓷压痕裂纹扩展特性试验研究

针对超声激励对ZTA陶瓷压痕裂纹的影响进行试验研究,从力学角度探究其延性域加工表征的相关机理.通过超声激励作用下的压痕试验及SEM显微观察,对比普通与超声压痕裂纹尖端扩展情况,提出超声激励改变裂纹尖端的几何形态,使得裂纹扩展偏转分叉,而扩展路径的复杂化使得断裂表面能增加,形成能量耗散的增韧机制.经压痕法测得普通情况下的断裂韧性值低于超声振动下的断裂韧性值,约为68; ～85;.既印证了超声激励的增韧效果,也从力学理论角度解释了超声加工工程陶瓷材料延性域扩大这一现象.