基于離散元法預(yù)測(cè)碳化硅陶瓷的高溫力學(xué)性能

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。……