瓷層厚度及降溫速率對(duì)鈦-瓷界面殘余應(yīng)力影響的研究.pdf

1、目的:
　　通過(guò)在鈦-瓷三維有限元模型上進(jìn)行瓷層厚度調(diào)整及加載不同的降溫速率，分析鈦-瓷結(jié)合界面殘余應(yīng)力的大小及其分布規(guī)律，觀察鈦-瓷構(gòu)件瓷層厚度及燒結(jié)過(guò)程中降溫速率對(duì)殘余應(yīng)力的影響。
　　方法:
　　使用Soildworks及ABAQUS軟件建立鈦-瓷標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模型并進(jìn)行溫度加載，分析不同瓷層厚度（1.0、1.4、1.8、2.2mm）及不同降溫速率（25、50、100、150℃/min）下鈦-瓷結(jié)合界面殘余應(yīng)力的大小及

2、分布規(guī)律。
　　結(jié)果:
　　1.應(yīng)用Soildworks及ABAQUS軟件建立了鈦-瓷標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的三維有限元模型。該模型網(wǎng)格劃分均勻細(xì)致，能較好地模擬真實(shí)系統(tǒng)，且可方便調(diào)整各組件的幾何外形及狀態(tài)屬性，能滿足實(shí)驗(yàn)中不同溫度加載及調(diào)整瓷層厚度的要求。
　　2.施加溫度載荷后，鈦-瓷模型中各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值大小隨著加載時(shí)間增加而增大，至降溫結(jié)束時(shí)到達(dá)最大值。對(duì)于鈦-瓷模型整體而言，施加溫度載荷后，應(yīng)力均集中在鈦-瓷結(jié)合界面。

3、>　　3.相同降溫速率下瓷層厚度為1.0、1.4、1.8、2.2mm的鈦-瓷模型的整體應(yīng)力分布規(guī)律大體相同，但瓷層中份的應(yīng)力集中區(qū)的邊長(zhǎng)隨著瓷層厚度的增加而增大（由0.4mm增加至0.8mm），該應(yīng)力集中區(qū)的面積也隨之增加。在鈦-瓷結(jié)合面的應(yīng)力分布規(guī)律基本一致。
　　4.相同降溫速率下瓷層厚度為1.0、1.4、1.8、2.2mm的鈦-瓷模型截面各標(biāo)記點(diǎn)應(yīng)力的大小隨瓷層厚度的增加而增大，應(yīng)力均值從1.0mm厚度模型的7.044MPa

4、增加到2.2mm厚度模型的7.256MPa，增幅為3.02％。
　　5.降溫速率為25、50、100、150℃/min下相同瓷層厚度的鈦-瓷模型整體應(yīng)力分布及截面的應(yīng)力分布規(guī)律基本一致。
　　6.降溫速率為25、50、100、150℃/min下相同瓷層厚度的鈦-瓷模型截面各標(biāo)記點(diǎn)應(yīng)力大小與降溫速率未形成明顯的線性關(guān)系，但應(yīng)力均值隨著降溫速度的增加而略有增大，其從降溫速率為25℃/min模型的7.044 MPa增加到降溫速率為

5、150℃/min模型的7.047MPa，增幅為0.02%。
　　7.降溫速率為25℃/min的模型與降溫速率為50℃/min的模型截面應(yīng)力均值相近，前者僅比后者大0.004%。
　　結(jié)論:
　　1.對(duì)模型整體而言，殘余應(yīng)力主要集中在鈦-瓷結(jié)合界面，其次為瓷層中份。鈦-瓷界面內(nèi)部，應(yīng)力集中在表面邊緣處。
　　2.在一定范圍內(nèi)，瓷層厚度的增加會(huì)增大鈦-瓷結(jié)合界面的殘余應(yīng)力。
　　3.適當(dāng)?shù)慕禍厮俾士梢越档外?瓷