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機械加工過程中材料損傷的形成分析

文章編輯:【本站】发布日期:2021-06-10 15:30:26

對于材料在機械加工過程中的損傷問題,最早很多人簡單認爲是力學原因造成的損傷,但是隨著熱力學的發展,人們開始認識到除了力學本身,熱學也會對材料損傷産生影響。主要是在高溫作用下,熱力問題會對材料産生很大影響。
1.熱力學對固體材料的應力影響
從固體的構形和變形的幾何特征來看,二者存在較大的差距,所占的空間並沒有固定,因此,從固體系統構成過程看來,固體的構形與變形之間存在較大差異。要明確變形對變量的影響,就一定要明確固體的每個質點所占的位置及所占用的空間,然後根據其位置變化進行構形,對相應數量的質子的變形情況進行標量,從而通過位置來確定應變張量和固體變形之間的關系。對此,可以借助于對稱張量來計算固體變形和張量變化的相關性。
熱力學是從宏觀角度分析物質的熱運動性質和規律,從能量轉化角度來分析物質的熱性質,它能夠有效應解材料在機械加工過程中的變形和損傷的問題。固體材料在機械加工過程中是一個連續的過程,會對材料産生一定的表面力和張力,表面力是通過物體接觸而産生和傳遞的一種作用力,他並不是只作用于物體表面,而是廣泛存在于固體內部,這種表面力的測量跟測量的方向和測量的過程高度相關。
從熱力學角度來看,通過計算固體不可逆熱力學狀態的基本狀態變量來分析材料內部的熱力動作,能夠准確地分析出材料在機械加工制作過程中的損傷原因。
2.主要的材料損傷的形成分析
隨著機械加工工藝技術的發展,材料加工中的損傷已經有一定減少,然而仍然不能避免,材料的機械加工難免受到周邊環境的影響,從而難以避免材料損失等缺陷産生。無論是微觀缺陷和宏觀缺陷,都會影響到材料的加工和使用性能,同時也會對材料的韌性和結構強度産生一定的影響。
2.1 材料韧性断裂形成分析
材料的韌性斷裂是指材料在經過大量彈塑性變形後而發生的斷裂現象。其主要特征表現爲發生了明顯的宏觀性變形,如彎曲、過量伸長、過量鼓脹等。斷口的尺寸也發生了明顯的改變。材料在機械加工過程中容易産生損傷和宏觀裂痕,在此基礎上不斷拓展,最後就會形成韌性損傷,甚至韌性斷裂,也稱之爲塑形斷裂。這種斷裂通常是對材料進行拉伸而産生的。通過對韌性斷裂進行詳細的分析和研究,發現材料在破壞過程中,往往由于內部損傷而産生了孔及氣體形狀,再不斷擴展而最終形成了斷裂。
   2.2 球形孔洞损伤的形成分析
由于材料本身存在大量的大小形狀都不規則的孔洞,因此,在對材料進行機械加工之前,必須對這些孔洞進行詳細分析。對此,大部分的企業采用的是有限元分析的方法來解決,鑒于研究過程往往會耗費大量的費用,而最後必須要這個數據結果,卻沒有系統性的方法和公式來對其進行分析和研究,所以不能快速得到一個有效的方法,最後只能對一個局部區域進行分析,采用平均法來進行研究。如在對金屬材料進行機械加工時,就容易形成韌性金屬材料,這個材料中包含了很多粒子,在對材料使用過程中,孔洞就容易出現不牢靠的問題,隨著材料形體的增大,這些孔洞會固定出來粒子,隨著粒子的不斷增大,就容易形成空洞,就容易引發材料斷裂。孔洞形成形和伴隨著材料的不斷演變是材料斷裂損傷的重要因素。對此,可以構建非線性機體材料,設計相應的材料模型,根據測算出來的材料結構強度,來對孔洞的大小和損傷情況進行詳細的分析。


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