超声辅助磨削陶瓷材料的裂纹产生与扩展仿真研究

摘要

基于光滑质点流体动力学(SPH)法,研究超声磨削陶瓷材料过程中磨粒冲击工件的裂纹产生及扩展情况,揭示不同超声冲击速度下材料的去除特性及表面层损伤规律.仿真结果表明:磨粒以不同速度压入工件一定深度后,工件开始产生侧向裂纹和径向裂纹;随着冲击速度的增大,工件材料受冲击部位周围的局部崩碎现象明显减少,产生侧向裂纹时磨粒压入工件的临界深度减小,而产生径向裂纹时的临界深度无明显变化.磨粒压入工件的深度增加,观察两种裂纹的扩展情况发现:冲击速度提高,侧向裂纹扩展速度变慢、尺寸减小,而径向裂纹则无明显变化.证实了随着冲击速度的提高,即超声效果加强时,工件的塑性域去除范围增大,但不会引起表面层损伤增大,最终表面质量得到提高.