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探究氧化铝陶瓷边缘碎裂的损伤规律

发布日期:2015年7月28日

为探究工程陶瓷边缘碎裂损伤规律与机理,以氧化铝陶瓷的单晶压痕边缘碎裂为平台,应用微机控制电子万能试验机施加载荷,应用声发射设备监测其损伤过程中的声发射信号,建立基于声发射信号参数的灰色—尖点突变理论模型,通过分析损伤过程中的加载特征和声发射信号特征,从损伤演化过程的角度揭示氧化铝陶瓷边缘碎裂的损伤规律。结果表明:

(1)氧化铝陶瓷的边缘碎裂由一系列不连续的突变过程组成,其损伤演化过程依次经历了稳定不稳定一稳定-不稳定-稳定-不稳定……多个突变阶段,具有显著的突变特性。应用基于累积计数和累积能量的灰色一尖点突变理论模型可较好的描述其损伤演化过程的突变状态。

(2)在氧化铝陶瓷边缘碎裂的稳定阶段,材料内部微裂纹的扩展速度和强度比较平和,计数率和释能率的变化较为平稳,分叉集方程大于0;在边缘碎裂的突变阶段,陶瓷材料内部的微裂纹扩展速度和强度剧然增大,计数率和释能率均会出现较大的峰值,且在边缘碎裂的瞬间,计数率和释能率达到其最大值。材料内部发生突变时,分叉集方程小于0。

(3)随着外加载荷的不断增加,陶瓷材料内部会不断产生小的突变,但在临界载荷之前,这些突变强度不大,不会对材料性能产生宏观影响。当外加载荷达到某一临界载荷时,陶瓷边缘会瞬间产生碎裂,整个损伤过程具有显著的突变特性。应用基于声发射累积计数和累积能量的灰色-尖点突变模型可对氧化铝陶瓷边缘碎裂的损伤演化过程进行预测,并为制定相关的预防措施提供理论依据。

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