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微晶玻璃具有低膨胀系数、稳定的物理化学特性和良好的机械性能,被广泛应用在航空航天、生物医学和光学等领域。磨削技术是实现高精度、高表面质量微晶玻璃零件的主要加工方式,工件材料主要是以微观尺度进行去除,其去除机制直接影响微晶玻璃零件质量。目前,磨削过程中的材料去除机理研究采用单划痕的方法进行,但磨削是一种随机分布在砂轮表面的多磨粒对材料微观去除的过程,现有研究方法对作为磨削本质特征的磨粒间干涉作用的考虑欠缺。明确磨削过程中磨粒干涉效应下的微晶玻璃去除机制,对形成成熟完善的微晶玻璃磨削机理体系具有十分重要的理论意义。本文在综合考虑微晶玻璃的组成成分复杂性的基础上,采用理论解析和纳米多划痕实验相结合的方法,建立微晶玻璃多划痕应力场干涉模型,分析特征应力在干涉作用下的分布情况,阐明磨粒间交互干涉作用对微晶玻璃的材料变形、裂纹扩展和材料流动的影响机制。主要研究工作如下:
(1)分析微晶玻璃磨削过程中砂轮表面上磨粒随机分布引起的多划痕交互作用特点,明确磨粒沿不同方向分布引起的划痕间的交互干涉作用类型,深入分析微晶玻璃在磨粒加载引入的应变率效应下的微观力学特性,建立基于应变率效应的微晶玻璃多划痕交互作用应力场干涉模型,为阐明多划痕交互作用和应变率效应下微晶玻璃的去除机制提供理论基础。
(2)采用纳米压痕实验技术明确微晶玻璃的微观力学特性,分析多划痕交互作用和应变率效应下的影响裂纹扩展的特征应力分布情况,揭示多划痕交互干涉作用和应变率效应对微晶玻璃裂纹扩展的影响规律,确立抑制微晶玻璃裂纹扩展的基本理论和方法,同时为微晶玻璃磨削加工过程中的脆性去除机理提供了理论分析。
(3)明确磨粒加载过程中磨粒尖端半径引入的相对锋利度对微晶玻璃材料行为的影响,对决定微晶玻璃材料流动的特征应力展开分析,明确在多划痕交互作用下微晶玻璃的流动行为和切屑形成机制,阐明微晶玻璃磨削加工过程中磨粒尖端半径和交互作用下的塑性去除机理。
(4)对微晶玻璃进行多划痕应变率效应实验,通过检测划痕后微晶玻璃表面形貌、裂纹扩展和切屑去除面积,分析了多划痕交互作用和应变率效应下的去除模式、亚表面损伤和材料变形行为,结果表明,非依次型划痕次序和较大的划痕间距促进微晶玻璃实现塑性域去除;非依次型划痕次序加深了分流区的深度,有利于切屑的形成;提高应变率促进微晶玻璃的塑性域去除。实验结果与模型结果一致性较好,验证了基于应变率效应的微晶玻璃多划痕交互作用应力场干涉模型的有效性。
(1)分析微晶玻璃磨削过程中砂轮表面上磨粒随机分布引起的多划痕交互作用特点,明确磨粒沿不同方向分布引起的划痕间的交互干涉作用类型,深入分析微晶玻璃在磨粒加载引入的应变率效应下的微观力学特性,建立基于应变率效应的微晶玻璃多划痕交互作用应力场干涉模型,为阐明多划痕交互作用和应变率效应下微晶玻璃的去除机制提供理论基础。
(2)采用纳米压痕实验技术明确微晶玻璃的微观力学特性,分析多划痕交互作用和应变率效应下的影响裂纹扩展的特征应力分布情况,揭示多划痕交互干涉作用和应变率效应对微晶玻璃裂纹扩展的影响规律,确立抑制微晶玻璃裂纹扩展的基本理论和方法,同时为微晶玻璃磨削加工过程中的脆性去除机理提供了理论分析。
(3)明确磨粒加载过程中磨粒尖端半径引入的相对锋利度对微晶玻璃材料行为的影响,对决定微晶玻璃材料流动的特征应力展开分析,明确在多划痕交互作用下微晶玻璃的流动行为和切屑形成机制,阐明微晶玻璃磨削加工过程中磨粒尖端半径和交互作用下的塑性去除机理。
(4)对微晶玻璃进行多划痕应变率效应实验,通过检测划痕后微晶玻璃表面形貌、裂纹扩展和切屑去除面积,分析了多划痕交互作用和应变率效应下的去除模式、亚表面损伤和材料变形行为,结果表明,非依次型划痕次序和较大的划痕间距促进微晶玻璃实现塑性域去除;非依次型划痕次序加深了分流区的深度,有利于切屑的形成;提高应变率促进微晶玻璃的塑性域去除。实验结果与模型结果一致性较好,验证了基于应变率效应的微晶玻璃多划痕交互作用应力场干涉模型的有效性。