氧化鋯陶瓷三維裂紋擴展和壓痕實驗的有限元模擬研究.pdf

1、氧化鋯陶瓷是一種無機非金屬材料，具有優(yōu)良的力學性能和生物相容性，作為全瓷牙的原材料廣泛應用于口腔修復領域，即醫(yī)用氧化鋯陶瓷。作為口腔修復材料，氧化鋯陶瓷韌性和強度高，生物相容性好，生產(chǎn)出的全瓷牙性能和美學效果與真牙非常接近。其中氧化鋯陶瓷韌性的提高與材料的相變增韌效應密切相關。因此本文著重探討了氧化鋯陶瓷的相變增韌效應對裂紋萌生和擴展的影響。
　　本文采用Sun的本構模型，編寫用戶子程序UMAT應用于有限元軟件ABAQUS中來模擬

2、氧化鋯陶瓷的相變行為，采用零厚度內聚力單元來模擬材料在外加載荷作用下裂紋的萌生與擴展過程。首先，本文建立三維單向拉伸的內聚力有限元模型模擬了氧化鋯陶瓷片狀裂紋的萌生與擴展過程，探討了氧化鋯陶瓷材料的剪切相變因子，硬化參數(shù)，內聚力單元的界面強度，預設裂紋半徑對裂紋附近相變的分布，裂紋擴展速率等的影響。片狀裂紋有限元仿真結果表明氧化鋯陶瓷的剪切相變分量對材料的斷裂韌性影響顯著，硬化因子越大相變越難以發(fā)生，同時發(fā)現(xiàn)內聚力單元的界面強度對裂紋附

3、近的相變分布也有顯著影響。
　　其次，分別建立了三維球形壓痕和Vickers壓痕的有限元模型，探討了壓痕附近的相變分布情況以及相變增韌效應對壓痕裂紋的影響。壓痕有限元仿真結果表明，壓痕附近的裂紋大致呈現(xiàn)由表及里逐漸降低的趨勢。關于壓痕裂紋，Vickers壓痕有限元仿真發(fā)現(xiàn)氧化鋯陶瓷的裂紋主要是在卸載過程因為殘余應力的作用而產(chǎn)生的；相變既能產(chǎn)生增韌效應而抑制氧化鋯陶瓷裂紋的萌生和擴展，又能形成殘余應力而促進裂紋的萌生和擴展，說明相變