基于非局部理論的ZTA納米復(fù)相陶瓷超聲加工延性高效本質(zhì)特征研究.pdf

1、針對(duì)陶瓷的脆性、不均勻性以及較低的韌性和強(qiáng)度，超聲波加工作為最有效的方法之一被提出。為了更好的研究陶瓷材料的超聲波加工技術(shù)，解釋超聲磨削中的高效延性的現(xiàn)象。本文基于非局部理論，著重于探索超聲波與ZTA納米復(fù)相陶瓷材料的作用機(jī)理，從磨削力特性、材料去除效率和磨削表面微觀形貌等方面闡述了超聲頻率對(duì)陶瓷加工特性的影響，揭示了超聲加工時(shí)所產(chǎn)生的延性高效現(xiàn)象的理論本質(zhì)，為進(jìn)一步完善超聲加工的理論奠定了基礎(chǔ)。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　通過(guò)對(duì)

2、ZTA納米復(fù)相陶瓷的內(nèi)稟長(zhǎng)度和外部超聲波長(zhǎng)之間作用關(guān)系的研究，分析了材料在超聲振動(dòng)作用下的力學(xué)行為，引入非局部理論，建立了超聲下的本構(gòu)模型。通過(guò)ZTA納米復(fù)相陶瓷試件波速實(shí)驗(yàn)，得出波速與頻率的關(guān)系，解釋了波速的衰減現(xiàn)象。根據(jù)波速的測(cè)量結(jié)果，通過(guò)計(jì)算獲得了標(biāo)準(zhǔn)化非局部模量（非局部模量與經(jīng)典模量的比值）隨頻率以及影響域的變化規(guī)律。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化非局部模量進(jìn)行積分計(jì)算，得出超聲下的非局部應(yīng)力衰減規(guī)律。通過(guò)超聲磨削實(shí)驗(yàn)，研究了超聲振動(dòng)頻率對(duì)磨削力的

3、影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了超聲下的本構(gòu)模型。
　　針對(duì)超聲磨削過(guò)程中磨削表面裂紋的疲勞斷裂過(guò)程在動(dòng)態(tài)下難以測(cè)量的情況，設(shè)計(jì)了疲勞等效實(shí)驗(yàn)，從而模擬實(shí)際加工過(guò)程的受力狀況進(jìn)行磨削疲勞研究。本文著重于研究大進(jìn)給量磨削（5μm-15μm）和小進(jìn)給量磨削(2μm-5μm)兩種情況，分別采用大載荷循環(huán)加載和小載荷循環(huán)加載的兩種實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行分析。針對(duì)大載荷循環(huán)加載，采用修正后的Morrow方程進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行疲勞等效實(shí)驗(yàn)，得出超聲磨削裂紋斷裂壽命

4、與應(yīng)力振幅的關(guān)系。而對(duì)于小載荷循環(huán)加載，通過(guò)逐級(jí)加載的實(shí)驗(yàn)方式，獲得了不同超聲頻率下的裂紋斷裂時(shí)間與強(qiáng)度，從相似的角度揭示了在小進(jìn)給磨削過(guò)程中，磨削表面裂紋隨超聲頻率升高而受到較強(qiáng)抑制作用，表面質(zhì)量得到提高。
　　為了獲得超聲頻率對(duì)ZTA納米復(fù)相陶瓷磨削效率（超聲下臨界切削厚度、脆延轉(zhuǎn)變以及材料去除率）的影響規(guī)律，通過(guò)超聲振動(dòng)下軸向拉伸實(shí)驗(yàn)，研究超聲下的斷裂強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)斷裂韌性隨頻率的變化規(guī)律。對(duì)比不同頻率下的拉伸力學(xué)行為及試件斷口

5、微觀特征的變化，并基于非局部理論的應(yīng)力衰減原理，解釋了超聲下斷裂強(qiáng)度隨頻率升高而降低的原因。通過(guò)超聲振動(dòng)下的磨削表面硬度實(shí)驗(yàn)以及磨削率實(shí)驗(yàn)，得出超聲下的等效硬度值及磨削率隨超聲頻率的變化趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，超聲振動(dòng)作用增大了臨界切削厚度，擴(kuò)大了脆延轉(zhuǎn)變范圍，提高了材料磨削去除率，進(jìn)一步闡述了超聲磨削中的高效延性本質(zhì)特征。
　　通過(guò)超聲刻劃及超聲磨削實(shí)驗(yàn)，針對(duì)0kHz、19.9 kHz、29.3 kHz和35.6 kHz多個(gè)