氧化锆陶瓷等工程陶瓷以其优越的物理化学性能,在航天航空、国防医疗和机械加工等领域得到日益广泛的应用。采用超硬精细磨料进行精密超精密磨削加工是目前陶瓷材料最主要的加工手段。但由于材料本身的难加工硬脆特性,氧化锆陶瓷在磨削加工中极易引入裂纹、残余应力等亚表面损伤,造成陶瓷零部件的力学性能和服役寿命的下降。因此,深入研究工程陶瓷在磨削加工过程中的材料去除行为及裂纹成核扩展机制等基础行为是优化表面质量和提高加工效率的重要前提和有效保障。本文以单颗金刚石磨粒切削氧化锆陶瓷为研究对象,以理论分析、数值模拟和加工实验为研究手段,对氧化锆陶瓷在单颗磨粒静态及动态加载下的裂纹扩展演化过程展开深入探讨和分析,进而有效降低氧化锆陶瓷在磨削加工中的损伤深度而获得更高的表面加工质量。具体研究工作如下:(1)基于压痕局部应力场和裂纹成核基本理论,建立氧化锆陶瓷Vickers压痕有限元模型进行仿真并开展压痕实验,通过压痕特征参数获得材料的硬度、断裂韧性等力学性能,计算出静态加载条件下产生宏观裂纹的临界载荷,并基于最大主应力准则对氧化锆陶瓷在Vickers压头加/卸载中裂纹的成核及扩展过程进行探讨和分析。(2)将氧化锆陶瓷静态力学性能参数代入经验公式,计算出材料去除脆塑性转变切削深度,并基于Johnson-Holmquist-Ceramic材料本构先后建立单颗磨粒切削氧化锆陶瓷有限元模型和有限元-光滑粒子流体动力学耦合模型,从不同加工尺度上模拟了氧化锆陶瓷材料的切屑成形与脆塑性去除过程,并就裂纹扩展演化过程及工艺参数对切削力的影响等问题展开一定的讨论。(3)搭建实验平台,先后开展单颗磨粒切削氧化锆陶瓷单因素实验和响应曲面实验,分析加工过程中切削力与声发射信号的基本特征及变化规律,并验证仿真结果,同时结合划痕形貌分析揭示氧化锆陶瓷在磨粒冲击作用下的切削力变化特征、材料去除机理、裂纹成核及扩展机制,从而为获得优良的磨削加工质量奠定了重要基础。