基于離散元法預測碳化硅陶瓷的高溫力學性能

姜勝強，譚援強，張高峰，彭銳濤

（湘潭大學機械工程學院，湘潭411105）

0 引 言

陶瓷材料由于具有優良的力學性能而被廣泛應用于航天、航空、發動機、機械電子等領域。以碳化硅（SiC）陶瓷為例，因其具有優良的高溫力學性能以及較低的熱膨脹系數、較高的熱導率以及密度小等優點，而被廣泛用于制造火箭發動機燃燒室內壁、噴嘴及鼻錐等重要零件［1-2］。從文獻報道可知［3-5］，近年來諸多研究人員針對陶瓷等結構材料的高溫力學性能進行了大量試驗，雖然獲得了比較可靠的力學性能參數，但試驗周期長，需要消耗大量的人力、物力和財力，且對于具有復雜形狀的陶瓷結構件來說，受試驗條件限制，難以獲得其力學性能參數及高溫破壞機理。

隨著計算機技術及數值分析技術等的飛速發展，采用數值模擬的手段來研究陶瓷材料在不同溫度下力學性能的方法得到了廣泛應用。朱偉等［6］采用分子動力學法模擬了不同溫度下RDX（三亞甲基三硝胺）晶體的力學性能，王超等［7］采用分子動力學法模擬了防熱陶瓷材料的高溫力學性能及斷裂模式。

1971年，Cundall［8］首次提出了適用于巖石力學的離散元法（DEM），目前該方法已在巖石［9］、混凝土［10］和陶瓷［11-13］等材料中得到了廣泛應用。離散元法起源于分子動力學，將材料視為離散顆粒的集合體，顆粒之間用鍵連接，用鍵的斷裂來描述微裂紋的產生，而且模擬過程中溫度具有可控性，從而使離散元法成為模擬陶瓷等脆性材料高溫力學性能及高溫損傷破壞過程的一種新手段。……