部分烧结陶瓷材料力学特性的DEM模拟

通过开展三维离散单元法数值模拟,考察了部分烧结陶瓷在单轴拉伸和压缩加载条件下的力学响应行为。模拟结果表明,拉伸加载下试样的破坏表现为裂纹"成核"效应,而压缩加载下则呈现为裂纹"聚并"效应;通过追踪固体键的断裂顺序和断裂模式发现,拉伸加载下固体键的破坏主要源于拉伸作用,而压缩加载下则为剪切作用。试样的宏观断裂强度与固体键临界拉伸强度σ_(c,t)和临界剪切强度σ_(c,s)有关。对于考察的部分烧结Al_2O_3陶瓷材料,σ_(c,t)=σ_(c,s)下模拟得到的试样拉伸强度和压缩强度能与实验数据定量吻合。压缩加载下,固体键断裂强度的分布形式和分布宽度对试样断裂强度的影响较小;拉伸加载下,试样断裂强度取决于固体键的分布形式:高斯分布时,试样断裂强度基本不受分布宽度的影响;均匀分布时,试样断裂强度随分布宽度的增大而减小

多孔陶瓷材料力学特性的离散单元法定量模拟

本文基于离散单元法,模拟研究了多孔陶瓷在拟静态加载条件下的力学响应特性.在数值试样制备上,采用各向同性压缩的方式获取不同固含率的数值试样,然后基于Coble烧结模型计算微观颗粒之间的接触尺寸.为考虑多体作用下固体键之间的空间耦合效应,对经典的Hertz接触模型进行了修正,引入了一反映晶粒间接触尺寸和晶粒间空间几何排列特性影响的校正因子.随后以部分烧结三氧化二铝陶瓷材料为研究对象,检验了所建立的离散单元法数值模拟方法的定量预测能力.模拟结果表明,所预测的有效杨氏模量和断裂强度与文献报道的实验数据能很好地定量吻合;对于含大孔洞的部分烧结三氧化二铝陶瓷材料的模拟结果表明,无论是孔洞之间的相互作用特性,还是孔洞排列型式对材料有效杨氏模量和断裂特性的影响,模拟结果都能与文献报道的理论分析结果和有限元分析结果定量吻合.这些定量对比结果表明,本文建立的离散单元法数值模拟方法,可以用来定量地预测多孔陶瓷的力学特性

多孔陶瓷材料力学特性的离散单元法定量模拟

本文基于离散单元法,模拟研究了多孔陶瓷在拟静态加载条件下的力学响应特性.在数值试样制备上,采用各向同性压缩的方式获取不同固含率的数值试样,然后基于Coble烧结模型计算微观颗粒之间的接触尺寸.为考虑多体作用下固体键之间的空间耦合效应,对经典的Hertz接触模型进行了修正,引入了一反映晶粒间接触尺寸和晶粒间空间几何排列特性影响的校正因子.随后以部分烧结三氧化二铝陶瓷材料为研究对象,检验了所建立的离散单元法数值模拟方法的定量预测能力.模拟结果表明,所预测的有效杨氏模量和断裂强度与文献报道的实验数据能很好地定量吻合;对于含大孔洞的部分烧结三氧化二铝陶瓷材料的模拟结果表明,无论是孔洞之间的相互作用特性,还是孔洞排列型式对材料有效杨氏模量和断裂特性的影响,模拟结果都能与文献报道的理论分析结果和有限元分析结果定量吻合.这些定量对比结果表明,本文建立的离散单元法数值模拟方法,可以用来定量地预测多孔陶瓷的力学特性