高应变率条件下硬脆单晶材料加工去除机理及损伤形成机制研究
结题报告
批准号:
51975154
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
张飞虎
依托单位:
学科分类:
加工制造
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
张飞虎
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中文摘要
硬脆材料磨削去除及表面形成机制是精密和超精密加工领域的基础科学问题,现有研究主要采用准静态压痕和刻划实验方法,不能准确表征高速磨削高应变率条件下材料力学响应特性的变化及其对材料去除和表面形成机制的影响。.本项目以单晶碳化硅、氧化镥等硬脆单晶材料为研究对象,通过多尺度数值模拟和动态冲击及刻划实验,探索高应变率条件下硬脆单晶材料的力学响应特性及损伤机制、单磨粒高速动态刻划接触区域应力/应变场分布对裂纹起始行为的影响、高应变率动态刻划条件下硬脆单晶材料塑性去除机理及残留损伤表征、脆性去除微裂纹形成与扩展机制及应变率对表面/亚表面损伤特征的影响规律。最后,通过硬脆单晶材料多磨粒耦合刻划及高速磨削实验,研究损伤累积演变及材料去除机制,建立考虑应变率效应的磨削亚表面裂纹深度预测模型并提出抑制措施。.研究成果可以为硬脆材料精密和超精密加工技术研究提供理论依据,具有重要的理论意义和应用价值。
英文摘要
The material removal and surface generation mechanisms of hard and brittle materials during grinding process are the fundamental problems in the field of precision and ultra-precision machining. The present researches mainly adopt quasi-static indentation and scratch methods, which are unable to correctly characterize the change of material mechanical response characteristics and its influences on the material removal and surface generation mechanisms under the condition of high strain rate in high speed grinding..Single crystal SiC, lutetium oxide and other hard and brittle single crystal materials are mainly adopted in this research. Through the multi-scale numerical simulation and the experiments of dynamic impact and scratch, the mechanical response and damage mechanisms of hard and brittle single crystal materials under the condition of high strain rate, the influences of the stress and strain fields distribution on the crack initiation in high speed scratch of single abrasive grain, the chip formation mechanism and residual damage characterization in the way of ductile material removal as well as the influence law of strain rate on surface/subsurface damage characterization in the brittle removal mode of the hard and brittle single crystal materials under the condition of high strain rate in dynamic scratch will be carried out. Then, the damage accumulation mechanisms and material removal mechanisms of the hard and brittle single crystal materials will be researched through multi-abrasive-grain coupling scratch and high speed grinding experiments. The prediction model of the subsurface crack depth will be established considering the strain rate effect. Finally, the damage restrain measures will be put forward based on the research..The achievements can provide theory evidence for precision and ultra-precision grinding of hard and brittle materials. It is of theoretical significance and practical values.
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
DOI:10.1016/j.ceramint.2021.10.250
发表时间:2021-11
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Chen Li;Yuxiu Hu;Shuqiang Huang;Binbin Meng;Yinchuan Piao;Feihu Zhang
通讯作者:Feihu Zhang
DOI:--
发表时间:2023
期刊:工具技术
影响因子:--
作者:张强;李琛;黄书强;张飞虎
通讯作者:张飞虎
Nanoindentation and nanoscratch tests of YAG single crystals: An investigation into mechanical properties, surface formation characteristic, and theoretical model of edge-breaking size
YAG单晶的纳米压痕和纳米划痕测试:机械性能、表面形成特性和边缘断裂尺寸理论模型的研究
DOI:10.1016/j.ceramint.2019.10.048
发表时间:2020-02-15
期刊:CERAMICS INTERNATIONAL
影响因子:5.2
作者:Li, Chen;Zhang, Qiang;Dong, Guojun
通讯作者:Dong, Guojun
DOI:--
发表时间:2021
期刊:金刚石与磨料磨具工程
影响因子:--
作者:黄书强;魏宗泽;饶小双;李琛;张飞虎
通讯作者:张飞虎
DOI:10.1007/s00170-022-10376-z
发表时间:2022-11
期刊:The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
影响因子:--
作者:Yuxiu Hu;Chen Li;Xin Wang;Yanquan Geng;Guijian Xiao;Feihu Zhang
通讯作者:Yuxiu Hu;Chen Li;Xin Wang;Yanquan Geng;Guijian Xiao;Feihu Zhang
高能激光系统超洁净制造的关键基础科学问题研究
  • 批准号:
    51535003
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    290.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    张飞虎
  • 依托单位:
卧式液体静压主轴在超精密飞切加工中的动态行为分析及其对加工表面生成影响机制的研究
  • 批准号:
    51275115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    张飞虎
  • 依托单位:
基于空气静压主轴非线性动力学行为分析的纳米切削加工表面微波纹形成机制研究
  • 批准号:
    90923023
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    张飞虎
  • 依托单位:
各向异性软脆功能晶体高效精密和超精密加工技术基础
  • 批准号:
    50535020
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    200.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    张飞虎
  • 依托单位:
超声波磁流变复合抛光新技术基础研究
  • 批准号:
    50575059
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    张飞虎
  • 依托单位:
基于原子物理碰撞动力学理论的纳米加工过程机理分析及实验研究
  • 批准号:
    50375040
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    张飞虎
  • 依托单位:
钛合金低温高效高表面完整性精密磨削机理和技术的研究
  • 批准号:
    59775072
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    14.0万元
  • 批准年份:
    1997
  • 负责人:
    张飞虎
  • 依托单位:
国内基金
海外基金