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Relationship Between Thermal Shock Behavior and Cutting Performance of a Functionally Gradient Ceramic Tool 被引量:6
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作者 ZHAO Jun, AI Xing, HUANG Xin-ping (School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China) 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2002年第S1期61-62,共2页
Based on the deep understanding of the requirements of cutting conditions on ceramic tools, a design model for functionally gradient ceramic tool materials with symmetrical composition distribution was presented in th... Based on the deep understanding of the requirements of cutting conditions on ceramic tools, a design model for functionally gradient ceramic tool materials with symmetrical composition distribution was presented in this paper, according to which an Al 2O 3-TiC functionally gradient ceramic tool material FG-1 was synthesized by powder-laminating and uniaxially hot-pressing technique. The thermal shock resistance of the Al 2O 3-TiC functionally gradient ceramics FG-1 was evaluated by water quenching and subsequent three-point bending tests of flexural strength diminution. Comparisons were made with results from parallel experiments conducted using a homogeneous Al 2O 3-TiC ceramics. Functionally gradient ceramics exhibited higher retained strength under all thermal shock temperature differences compared to homogeneous ceramics, indicating the higher thermal shock resistance. The experimental results were supported by the calculation of transient thermal stress field. The cutting performance of the Al 2O 3-TiC functionally gradient ceramic tool FG-1 was also investigated in rough turning the cylindrical surface of exhaust valve of diesel engine in comparison with that of a common Al 2O 3-TiC ceramic tool LT55. The results indicated that the tool life of FG-1 increased by 50 percent over that of LT55. Tool life of LT55 was mainly controlled by thermal shock cracking which was accompanied by mechanical shock. While tool life of FG-1 was mainly controlled by mechanical fatigue crack extension rather than thermal shock cracking, revealing the less thermal shock susceptibility of functionally gradient ceramics than that of common ceramics. 展开更多
关键词 functionally gradient materials ceramic tool materials thermal shock resistance transient thermal stress cutting performance
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功能梯度阳极固体氧化物燃料电池热应力数值模拟研究
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作者 薛顶喜 伊炳尧 +2 位作者 李国君 马帅 刘克勤 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1189-1196,共8页
固体氧化物燃料电池(SOFC)各部件间的材料属性差异导致电池在制造和运行过程中应力过高,使用功能梯度材料电极可以减小SOFC的残余应力和热应力。本研究基于COMSOL Multiphysics 6.0软件建立完整结构的SOFC多物理场耦合模型,采用四种不... 固体氧化物燃料电池(SOFC)各部件间的材料属性差异导致电池在制造和运行过程中应力过高,使用功能梯度材料电极可以减小SOFC的残余应力和热应力。本研究基于COMSOL Multiphysics 6.0软件建立完整结构的SOFC多物理场耦合模型,采用四种不同的分布曲线表征阳极材料的组分分布,对功能梯度阳极SOFC的残余应力和运行热应力进行数值计算。结果表明,电池在制备过程中,使用功能梯度材料能显著减小阳极所受的拉应力,该现象在常温下更加明显。二次曲线分布相比于无梯度分布,还原前阳极的室温最大拉应力减小47.69%,还原后室温最大拉应力减小35.74%。电池在运行过程中,电化学反应产热和气体对流换热导致入口和出口形成温差,金属框在出入口以及肋与电极接触的位置存在较大的应力集中现象。功能梯度材料可以显著减小阳极、金属框及电解质所受的最大应力,其中材料组分为二次曲线分布时效果最明显。本研究对设计制造SOFC具有潜在的理论意义和工程价值。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 功能梯度材料 多物理场耦合 热应力
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功能梯度材料的发展及展望 被引量:27
3
作者 赵军 艾兴 张建华 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第4期57-60,共4页
系统地论述了功能梯度材料的概念、设计方法、制备工艺、性能评价及其应用领域。着重于相关的热应力缓解、热弹(塑)性力学、三相微观力学模型等理论的阐述和分折,并对功能梯度材料的发展及应用前景作了展望。
关键词 功能梯度材料 复合材料 热应力 材料设计 FGM
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Ni-ZrO_2精细功能梯度材料的设计、制备和分析 被引量:11
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作者 范秋林 胡行方 郭景坤 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1996年第4期696-702,共7页
基于我们以前发表的精细复合Ni-ZrO2的热渗流现象;采用薄层迭层法,设计和制备了28种不同成分分布曲线Y[p,Y(1)](X)的Ni-ZrO2FFGM;并用电子探针和扫描电子声显微镜分析了其成分分布、应力分布和组织... 基于我们以前发表的精细复合Ni-ZrO2的热渗流现象;采用薄层迭层法,设计和制备了28种不同成分分布曲线Y[p,Y(1)](X)的Ni-ZrO2FFGM;并用电子探针和扫描电子声显微镜分析了其成分分布、应力分布和组织结构;最后得到一种成分分布曲线为Y[1,40](X)的Ni-ZrO2FFGM,它具有较显著的应力缓和效果、较高的结构完整性和致密度.本文为Ni-ZrO2FFGM的优化设计、制备和研究其成分分布及应力分布提供了一种崭新而有效的方法. 展开更多
关键词 梯度材料 掺渗流 功能材料 氧化锆 氧化镍
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HATi/Ti/HATi轴对称生物功能梯度材料的制备及其热应力缓和特性 被引量:12
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作者 储成林 朱景川 +1 位作者 尹钟大 王世栋 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第A01期57-62,共6页
用粉末冶金法制备出HATi/Ti/HATi 轴对称生物功能材料(FGM) , 并测定了HATi 复合体材料的力学性能和热膨胀系数。应用经典叠层板理论和热弹性力学理论分析了HA40Ti/Ti/HA40Ti 直接叠... 用粉末冶金法制备出HATi/Ti/HATi 轴对称生物功能材料(FGM) , 并测定了HATi 复合体材料的力学性能和热膨胀系数。应用经典叠层板理论和热弹性力学理论分析了HA40Ti/Ti/HA40Ti 直接叠层体和轴对称FGM 制备残余热应力。结果表明其微观组织呈对称型梯度化分布。FGM 中间纯Ti 层具有最高的抗弯强度和断裂韧性( 分别为971 .96 MPa 和29 .691 MPa·m 1/2) , 而表面层的弹性模量最低, 只有87 .71 GPa。从生物医学应用的角度看, 力学性能如此分布的生物材料正是我们所期望的。其热膨胀系数随着HA 含量和温度的升高而增大。制备残余热应力强烈依赖于组成分布,组成对称梯度化分布导致了FGM 中残余热应力也呈现对称梯度化分布, 并降低了其表面层制备残余拉应力。 展开更多
关键词 功能梯度材料 生物材料 热应力缓和 轴对称
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ZrO2-ZiCrAl系功能梯度热障涂层界面残余热应力研究 被引量:7
6
作者 王鲁 王富耻 +2 位作者 吕广庶 张丽华 范天佑 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 1998年第5期630-633,共4页
研究用等离子喷涂方法制备Zro2-NiCrAl系功能梯度热障涂层的不同梯度过渡层之间,以及与基体之间界面的残余热应力和功能梯度热障涂层厚度、组分对残余热应力的影响.方法来用热弹性有限元方法.结果所设计的功能梯度热障涂... 研究用等离子喷涂方法制备Zro2-NiCrAl系功能梯度热障涂层的不同梯度过渡层之间,以及与基体之间界面的残余热应力和功能梯度热障涂层厚度、组分对残余热应力的影响.方法来用热弹性有限元方法.结果所设计的功能梯度热障涂层的界面残余热应力得到有效缓和.结论对于所要保护的基体,可用有限元数值分析结果选择适当的功能梯度材料体系. 展开更多
关键词 功能梯度材料 热障涂层 残余热应力 TBC 氧化锆
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TiC-Ni梯度功能材料的优化设计 被引量:7
7
作者 张幸红 曲伟 +2 位作者 张学忠 李亚辉 韩杰才 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 2000年第1期81-83,共3页
对TiC -Ni梯度功能材料在制备过程中的残余热应力进行了计算机有限元模拟 ,考察了梯度组成分布指数对热应力大小、最大热应力发生的位置以及纯陶瓷TiC侧热应力状态的影响 ,综合分析了热应力的大小和分布 ,得到了缓和制备热应力的梯度组... 对TiC -Ni梯度功能材料在制备过程中的残余热应力进行了计算机有限元模拟 ,考察了梯度组成分布指数对热应力大小、最大热应力发生的位置以及纯陶瓷TiC侧热应力状态的影响 ,综合分析了热应力的大小和分布 ,得到了缓和制备热应力的梯度组成分布指数P =1 .0的优化设计结果 . 展开更多
关键词 梯度功能材料 计算机模拟 复合材料 残余热应力
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功能梯度热障涂层热负荷下的有限元分析 被引量:10
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作者 王鲁 吕广庶 +1 位作者 王富耻 范天佑 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期51-54,共4页
针对ZrO2 NiCrAl材料体系制备的功能梯度热障涂层 ,采用有限元方法研究了在热负荷下的残余应力、隔热工作应力和循环状态下的瞬态温度和瞬态热应力 ,为该材料体系在制备和使用过程中的性能评价。
关键词 功能梯度材料 FGM 热障涂层 TBC 热负荷
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Al_2O_3-Ti系梯度功能材料残余热应力有限元分析 被引量:9
9
作者 李臻熙 张同俊 李星国 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第3期11-16,共6页
采用有限元方法(FiniteElementMethod,FEM)对Al2O3-Ti系梯度功能材料(FGM)在制备过程中产生的残余热应力进行了线弹性分析。详细讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的... 采用有限元方法(FiniteElementMethod,FEM)对Al2O3-Ti系梯度功能材料(FGM)在制备过程中产生的残余热应力进行了线弹性分析。详细讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响,确定了各项最佳参数。 展开更多
关键词 梯度功能材料 残余热应力 有限元 分析模型
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梯度功能陶瓷刀具切削淬硬钢的研究 被引量:8
10
作者 赵军 艾兴 +1 位作者 黄传真 张建华 《工具技术》 北大核心 1997年第5期3-5,共3页
在国内首先研制成功梯度功能陶瓷刀具材料FG-1,并研究了该刀具车削淬硬工具钢T10A的切削性能及耐磨性。结果表明,FG-1具备优异的物理力学性能:在低速切削条件下,FG-1与普通陶瓷刀具LT55及SG-4的耐磨性相差不大;而随着切削速度... 在国内首先研制成功梯度功能陶瓷刀具材料FG-1,并研究了该刀具车削淬硬工具钢T10A的切削性能及耐磨性。结果表明,FG-1具备优异的物理力学性能:在低速切削条件下,FG-1与普通陶瓷刀具LT55及SG-4的耐磨性相差不大;而随着切削速度的提高,FG-1的性能明显优于LT55和SG-4刀具。其原因是刀具材料成分的梯度组成发挥了缓解热应力的作用。 展开更多
关键词 梯度功能材料 陶瓷刀具 耐磨性 热应力 切削性
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陶瓷/金属功能梯度材料圆筒的热应力分析 被引量:3
11
作者 吕运冰 张开银 +1 位作者 肖金生 温冬生 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1999年第4期393-397,共5页
对金属_功能梯度材料_陶瓷的三层组合圆筒进行了热应力分析,导出了定常温度分布及热应力分布的计算表达式,并就ZrO2/Ti_6Al_4V梯度材料的热应力进行了计算和讨论·
关键词 功能梯度材料 热应力 圆筒 FGM 陶瓷 金属
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新型梯度功能材料的研究现状与展望 被引量:17
12
作者 李克平 张同俊 《材料导报》 EI CAS CSCD 1996年第3期11-15,共5页
主要介绍了梯度功能材料的研究现状,对国内外制备梯度功能材料的各项技术进行科学的分类并简述其原理和优缺点,同时展望了梯度功能材料的发展方向。
关键词 梯度功能材料 制备技术 热应力
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梯度功能材料的研究动态 被引量:15
13
作者 余茂黎 魏明坤 《功能材料》 EI CAS CSCD 1992年第3期184-189,共6页
介绍了梯度功能材料新概念,着重论述了热应力缓和梯度功能材料的设计、制备、评价技术及现状,展望了其发展趋势及应用前景。
关键词 梯度功能材料 金属陶瓷 热应力缓和
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梯度功能材料设计中的数学模型及其热应力分析 被引量:7
14
作者 张晓丹 戚国安 +1 位作者 汪朝霞 葛昌纯 《应用科学学报》 CAS CSCD 1995年第2期202-208,共7页
基于经典层合板理论,应用热弹性理论及计算数学方法,对选定材料体系组成的梯度成份内部各点的热应力进行了理论分析。提出了金属相、陶瓷相体积分布函数、稳态温度场下的温度分布及热应力计算公式。
关键词 梯度功能材料 金属-陶瓷 热应力 数学模型
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加热、冷却下变物性梯度功能材料板瞬态热应力 被引量:9
15
作者 许杨健 涂代惠 马士进 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期510-517,共8页
用非线性有限元法分析由ZrO2和Ti6Al4V组成的变物性梯度功能材料板在加热、冷却过程中的瞬态热应力问题,检验方法的正确性,给出不同力学边界条件下该材料板的瞬态热应力场分布,并与常物性时的结果进行比较。结果表明,考虑变物性比常物... 用非线性有限元法分析由ZrO2和Ti6Al4V组成的变物性梯度功能材料板在加热、冷却过程中的瞬态热应力问题,检验方法的正确性,给出不同力学边界条件下该材料板的瞬态热应力场分布,并与常物性时的结果进行比较。结果表明,考虑变物性比常物性时的最大拉应力减少26%,最大压应力减少23.2%;在冷却初瞬时,陶瓷侧出现很大拉应力;此外,材料组分的分布形状系数M的变化和力学边界条件对该材料板的加热、冷却瞬态热应力场分布的影响显著。此结果为该材料的设计、制备提供了准确的理论计算依据。 展开更多
关键词 梯度功能材料板 变物性 瞬态热应力 加热 冷却 力学边界 非线性有限元法
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功能梯度材料复合板的热应力计算分析 被引量:7
16
作者 张开银 张建刚 吕运冰 《湛江海洋大学学报》 CAS 1997年第1期34-38,共5页
对金属-功能梯度材料-陶瓷复合板结构进行了热应力分析,导出了功能梯度材料连续模型的温度分布及热应力分布的计算表达式,并就Zro2/NiCrAl梯度材料热应力分布的解析解和有限元解进行了比较。计算结果表明:功能梯度材料连续板模型... 对金属-功能梯度材料-陶瓷复合板结构进行了热应力分析,导出了功能梯度材料连续模型的温度分布及热应力分布的计算表达式,并就Zro2/NiCrAl梯度材料热应力分布的解析解和有限元解进行了比较。计算结果表明:功能梯度材料连续板模型,便于结构的热应力分析和结构的优化设计,有利于梯度材料结构的非均等分层,可进一步减缓层间的应力突变和残余应力。 展开更多
关键词 功能梯度材料 热应力
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金属陶瓷功能梯度热障涂层瞬态热负荷下的破坏分析 被引量:4
17
作者 王富耻 王鲁 吕广庶 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期42-45,共4页
本文采用试验分析和热弹性有限元方法研究了用等离子喷涂方法制备的ZrO2 NiCrAl系功能梯度热障涂层在瞬态热负荷下的破坏机理。
关键词 功能梯度材料 热障涂层 瞬态热应力 有限元方法 破坏机理 FAILURE OF METAL/CERAMIC functionally gradient
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Ni/Ni_3Al-TiC系梯度功能材料的热应力缓和特性设计 被引量:2
18
作者 沈强 王文涛 +1 位作者 张联盟 袁润章 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 1997年第2期34-36,40,共4页
本文选择Ni/Ni3Al-TiC体系的FGM,对其在制备过程中的残余热应力进行了计算机有限元模拟。在综合考虑热应力最小、应力强度比值最小以及纯TiC侧应力状态等因素的基础上,完成了FGM体系的热应力缓和特性设计,得到... 本文选择Ni/Ni3Al-TiC体系的FGM,对其在制备过程中的残余热应力进行了计算机有限元模拟。在综合考虑热应力最小、应力强度比值最小以及纯TiC侧应力状态等因素的基础上,完成了FGM体系的热应力缓和特性设计,得到组成分布指数P=1. 展开更多
关键词 梯度功能材料 热应力 复合材料 碳化钛 铝化镍
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Al_2O_3-Ti系梯度功能材料残余热应力的有限元分析 被引量:3
19
作者 李臻熙 张同俊 李星国 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第5期533-536,共4页
采用有限元方法(FiniteElementMethod)对Al2O3-Ti系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了线弹性分析。详细讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响,确定了各项最... 采用有限元方法(FiniteElementMethod)对Al2O3-Ti系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了线弹性分析。详细讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响,确定了各项最佳参数。非梯度功能材料(NFGM)与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示:梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。 展开更多
关键词 梯度功能材料 氧化铝-钛系 残余热力 有限元
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金属陶瓷功能梯度材料的颗粒界面断裂能量释放率的研究 被引量:3
20
作者 王富耻 王鲁 吕广庶 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第4期385-386,共2页
研究了功能梯度材料富陶瓷区金属颗粒界面断裂能量释放率。采用双层嵌套模型给出了金属颗粒界面的热应力与金属体积浓度的关系,对于得到的每一梯度层中的颗粒界面热应力,分析了颗粒界面断裂能量释放率。
关键词 功能梯度材料 金属颗粒 界面 热应力 能量释放率
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