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专利号: 2022109679277
申请人: 南京工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,包括:采集原始陶瓷件上微裂纹的空间信息,测试原始陶瓷件的幂指数和临界疲劳寿命;

根据微裂纹的空间信息将微裂纹加工成圆形孔洞,对圆形孔洞进行打磨清洗工序,得到加工陶瓷件,完成室温弯曲疲劳寿命改善;

对圆形孔洞进行尺寸测量得到其半径和截面积,利用半径和截面积计算加工陶瓷件在受静载荷作用下的应力极限;

利用所述应力极限、幂指数和临界疲劳寿命绘制加工陶瓷件的S‑N曲线;

测试加工陶瓷件的最大弯曲应力,将最大弯曲应力在所述S‑N曲线上对应的横坐标作为室温弯曲疲劳寿命的预测结果。

2.根据权利要求1所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,所述空间信息包括长度、深度和位置坐标参数,通过无损检测工序采集得到。

3.根据权利要求2所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,所述根据微裂纹的空间信息将微裂纹加工成圆形孔洞,包括:根据所述位置坐标参数找到微裂纹,利用飞秒激光加工工序将微裂纹加工成圆形孔洞,飞秒激光加工工序的参数根据微裂纹的深度来设置,保证圆形孔洞的深度介于微裂纹深度的80%至110%,圆形孔洞的直径为微裂纹长度的100~120%。

4.根据权利要求1所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,所述对圆形孔洞进行尺寸测量得到其半径和截面积,包括:利用光学显微镜测量圆形孔洞的直径,从而得到其半径;

利用粗糙度分析仪测量圆形孔洞的截面积,在测量时保证所测截面与弯曲加载方向平行。

5.根据权利要求1所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,所述利用半径和截面积计算加工陶瓷件在受静载荷作用下的应力极限,通过以下公式进行计算:其中,R0是基于泊松比、断裂韧性、原始强度求解的力学常数,v是泊松比,KIc为断裂韧性,σ0为原始强度,σf为纯I型破坏模式下的应力极限,n是基于泊松比求解的常数,area是圆形孔洞的截面积,r是圆形孔洞的半径,H是基于泊松比、力学常数、圆形孔洞的半径求解的常数,σfm是混合破坏模式下的应力极限,L是加工陶瓷件弯曲力臂,B是加工陶瓷件半宽度,x和y分别是圆形孔洞中心在加工陶瓷件长度和宽度方向上的偏移量,由光学显微镜观测得到;

将混合破坏模式下的应力极限作为受静载荷作用下的应力极限。

6.根据权利要求5所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,通过以下方法基于泊松比求解常数n:当泊松比分别为0和0.3时,常数n分别为0.629和0.650;

当泊松比为其他值时,常数n通过插值法获得。

7.根据权利要求5所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,通过以下方法基于泊松比、力学常数、圆形孔洞的半径求解常数H:当泊松比分别为0.1、0.15、0.2、0.25和0.3时,若R0/r为0.0005则常数H分别为0.6294、

0.6215、0.6104、0.596和0.5785,若R0/r为0.001则常数H分别为0.6286、0.6207、0.6095、

0.5952和0.5777,若R0/r为0.005则常数H分别为0.6225、0.6145、0.6033、0.5889和0.5714,若R0/r为0.01则常数H分别为0.6149、0.6068、0.5956、0.5813和0.5638,若R0/r为0.05则常数H分别为0.5599、0.5515、0.5401、0.5258和0.5086,若R0/r为0.1则常数H分别为0.5028、

0.4942、0.4828、0.4687和0.4518,若R0/r为0.3则常数H分别为0.3528、0.3445、0.3341、

0.3216和0.3069,若R0/r为0.5则常数H分别为0.2672、0.2599、0.2508、0.2401和0.2276,若R0/r为1则常数H分别为0.159、0.1537、0.1473、0.1399和0.1314;

当泊松比和R0/r为其他值时,常数H通过插值法获得。

8.根据权利要求1所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,所述测试原始陶瓷件的幂指数和临界疲劳寿命,包括:利用室温弯曲疲劳测试方法测试至少6个应力水平的原始陶瓷件的S‑N曲线,且每个应力水平测试3个以上的奇数个试样,将测试结果绘制成双对数坐标系的S‑N曲线,通过取中值并线性拟合得到原始陶瓷件S‑N曲线的幂指数k,同时根据S‑N曲线拟合结果获得疲劳极限处的临界疲劳寿命Nfc。

9.根据权利要求1所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,所述利用应力极限、幂指数和临界疲劳寿命绘制加工陶瓷件的S‑N曲线,包括:在双对数坐标系中,以坐标点(1,σfm)为起点,以原始陶瓷件的幂指数k为斜率绘制一条斜线,以原始陶瓷件的临界疲劳寿命Nfc为该斜线的终点,之后为水平横线,绘制出加工陶瓷件的S‑N曲线;

其中,σfm是加工陶瓷件在受静载荷作用下的应力极限。

10.根据权利要求1所述的一种含微裂纹陶瓷件的室温弯曲疲劳寿命改善与预测方法,其特征在于,所述最大弯曲应力通过弯曲应力传感器对加工陶瓷件进行测试获得。