瓷層厚度及降溫速率對鈦-瓷界面殘余應力影響的研究.pdf

1、目的:
　　通過在鈦-瓷三維有限元模型上進行瓷層厚度調(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)過程中降溫速率對殘余應力的影響。
　　方法:
　　使用Soildworks及ABAQUS軟件建立鈦-瓷標準構(gòu)件模型并進行溫度加載，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)合界面殘余應力的大小及

2、分布規(guī)律。
　　結(jié)果:
　　1.應用Soildworks及ABAQUS軟件建立了鈦-瓷標準構(gòu)件的三維有限元模型。該模型網(wǎng)格劃分均勻細致，能較好地模擬真實系統(tǒng)，且可方便調(diào)整各組件的幾何外形及狀態(tài)屬性，能滿足實驗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)點的應力值大小隨著加載時間增加而增大，至降溫結(jié)束時到達最大值。對于鈦-瓷模型整體而言，施加溫度載荷后，應力均集中在鈦-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-瓷模型的整體應力分布規(guī)律大體相同，但瓷層中份的應力集中區(qū)的邊長隨著瓷層厚度的增加而增大（由0.4mm增加至0.8mm），該應力集中區(qū)的面積也隨之增加。在鈦-瓷結(jié)合面的應力分布規(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-瓷模型截面各標記點應力的大小隨瓷層厚度的增加而增大，應力均值從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-瓷模型整體應力分布及截面的應力分布規(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-瓷模型截面各標記點應力大小與降溫速率未形成明顯的線性關(guān)系，但應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的模型截面應力均值相近，前者僅比后者大0.004%。
　　結(jié)論:
　　1.對模型整體而言，殘余應力主要集中在鈦-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)，瓷層厚度的增加會增大鈦-瓷結(jié)合界面的殘余應力。
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