陶瓷介观结构对应力分布影响的有限元模拟-材料加工工程专业论文.docx

山东科技大学硕士学位论文摘要摘要陶瓷材料具有一些常规材料不可比拟的性能，得到了世界各国广泛的重视；但是其脆性限制它的应用范围。陶瓷材料的性能不仅取决于其化学成分、主晶相，而且与其介观结构直接相关；一旦成分确定，其晶相组成和介观结构对陶瓷的性能起决定作用；因而研究陶瓷的介观结构有重要意义。直接观测分析陶瓷介观结构对应力分布和力学性能的影响往往受到许多条件的限制。有限元方法和计算技术的发展，为研究这一问题提供了一有效手段。本文分析了由扫描电镜获得堇青石基玻璃陶瓷介观结构图片，并在此基础上借助软件PPM2OOF建立与实际堇青石基玻璃陶瓷介观结构（晶粒形貌，晶界）相符的有限元模型。模拟了堇青石基玻璃陶瓷介观结构中晶粒形貌，晶界和气孔对其应力分布和热应力分布的影响。结果表明，在边界条件相同的情况下，模型中产生的应力最大值随着晶相与晶界差别的增大而增大；应力的最大值出现在最不规整的晶相和晶界的交界处。在晶相和晶界性能差别较小的情况下应力成均匀分布，最大值趋向于分布在晶界处。有气孔存在时，在气孔的周围产生极大的应力集中，容易成为裂纹源。相邻晶粒的不同取向和晶相材料热膨胀的各向异性会导致热应力的产生，诱发介观层次的裂纹；在外场的作用下加速构件的破坏速度，影响陶瓷的韧性；但是玻璃相（以晶界的形式存在）在一定程度上能缓解热膨胀产生的应力。关键字：有限元，陶瓷介观结构，应力分布，模拟，热应力分布山东科技大学硕士论文摘要ABSTRACTCeramic,duetohavingmanyexcellentpropertiescomparingwithothergeneralmaterials,hascausedmanycountriesattentionintheworld，butitsbrittlenesshaslimiteditsapplication.Thepropertiesofceramicarenotonlyaffectedbyitsingredients,primarycrystalandmsoscopicstructures,butalsomainlydependonitsprimarycrystalandmesoscopicstructuresonce itingredientsare determined.Soitisofsignificancetoanalysisthemesoscopicstructuresofceramic.Observationthemesoscopicstructuresofceramicanditseffectsofthestressdistributionatmesoscopiclevelsislimitedbymanyconditions.Thedevelopmentofcomputerandfiniteelementmethod,profferanewwayforthisresearch.Inthispaper,theFEM-modelsofthemesoscopicstructuresofcordieriteceramicestablishedonthebasisofthecordierite-mesoscopicpictures,whichareobtainedbySEM（scanningelectronicmicroscope）.Theeffectsofgrain-boundary,grain-shapeandporetothemesoscopicstressdistributionhavebeenanalyzed.Theresultshowsthatthemax-stressincreaseswiththedifferencebetweengrainandgrain-boundaryatthesameboundaryconditionsandthemax-stressappearsattheboundarybetweenthegrainswhichshapesaremoreirregular.Thestressdistributionsofthemodelbecameevenwhilethedifferencesofthepropertiesbetweengrainandgrain-boundaryreduce.Greatstressexitsaroundthepores,andthiswillbecometheoriginofthemesoscopiclevelcrack.Thermalstressappearsduringtheprocessfromhightemperaturetoroomtemperature,duetomissorientationandanisotropytherma