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基于離散元法預(yù)測(cè)碳化硅陶瓷的高溫力學(xué)性能

2014-12-11 10:37:56姜?jiǎng)購?qiáng)譚援強(qiáng)張高峰彭銳濤
機(jī)械工程材料 2014年1期
關(guān)鍵詞:力學(xué)性能裂紋模型

姜?jiǎng)購?qiáng),譚援強(qiáng),張高峰,彭銳濤

(湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湘潭411105)

0 引 言

陶瓷材料由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于航天、航空、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械電子等領(lǐng)域。以碳化硅(SiC)陶瓷為例,因其具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能以及較低的熱膨脹系數(shù)、較高的熱導(dǎo)率以及密度小等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛用于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁、噴嘴及鼻錐等重要零件[1-2]。從文獻(xiàn)報(bào)道可知[3-5],近年來諸多研究人員針對(duì)陶瓷等結(jié)構(gòu)材料的高溫力學(xué)性能進(jìn)行了大量試驗(yàn),雖然獲得了比較可靠的力學(xué)性能參數(shù),但試驗(yàn)周期長(zhǎng),需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力,且對(duì)于具有復(fù)雜形狀的陶瓷結(jié)構(gòu)件來說,受試驗(yàn)條件限制,難以獲得其力學(xué)性能參數(shù)及高溫破壞機(jī)理。

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

1971年,Cundall[8]首次提出了適用于巖石力學(xué)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(yīng)用。離散元法起源于分子動(dòng)力學(xué),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(chǎn)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(xué)性能及高溫?fù)p傷破壞過程的一種新手段。……

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