各向同性热解石墨的纳米压痕试验与有限元仿真研究.pdf

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1、第12期机械设计与制造2011年12月MachineryDesign&Manufacture33文章编号：1001—3997(2011)12—0033—03各向同性热解石墨的纳米压痕试验与有限元仿真研究王明海王虎军孙磊刘中海(沈阳航空航天大学机电工程学院，沈阳110136)NanoindentationexperimentandfiniteelementsimulationforisotropicpyrolyticgraphiteWANGMing—hai，WANGHu-jun，SUNLei，LIUZhon

2、g-hai(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136，China)；【摘要】通过对各向同性热解石墨进行了纳米压痕试验，得到了其材料的载荷—位移曲线。并根据；》Olive和Pharr理论算出了其硬度与弹性模量值，得到了主要的材料性能。在纳米压痕试验的基础上，通过《}有限元单元法建立了纳米压痕试验的数值模型，通过比较有限元所拟合的载荷一位移曲线和实际纳米压痕{l试验所得到的曲线，进

3、行相应的修正，最后得到了该材料的塑性性能，也证明了有限元仿真的可行性。{；关键词：纳米压痕；各向同性热解石墨；有限元仿真{}【Abstract】Theload-displacementcurvesofisotropicpyrolyticgraphitewereobtainedthroughnanoin-{ldentationexperimentAccordingtothetheoryofoliveandpharrthehoFdne3sandtheyoungmoduluswerecal-{；}clatedt

4、。。btai凡Pe咖m删eof,,~aimaterials．Then。n“rne廊alzodelforthen∞。den。neerime{∞setupbyfiniteelementmethodThroughcomparingtheload-displacementcurvefittedbyfniteelement{；埘如theactualcMe。btainedfromanoide￡。凡experime眦，relativec。rrelati。埘nceed~Finally{；plasticpropertyof

5、isotropicpyrolyticgraphiteWasgot，whichprovethefeasibilityoffiniteelementsimulationi}atthes—time．{j；Keywords：Nanoindentation；Isotropicpyrolyticgraphite；FEM{中图分类号：TH145．1文献标识码：A各向同性热解石墨是典型的胞I生材料，在车削加工过程中很1引言容易出现边缘断裂，崩角现象，而且刀具磨损很严重，产品成品率作为航空航天发动机中的密封材料不仅要经受住

6、高温、低低。随着各向同性热解石墨材料的密封性能的改善，该材料在尖端温、高压、微重力和腐蚀等严酷条件的考验，同时还要求该密封材技术领域的应用范围必将不断扩大，以该新型石墨为原材料的零件料具有强度高、抗氧化性高、耐高温、良好的导热性和低而稳定的的生产批量也将大大增加，如何改善其切削加工J陛，提高加工效率摩擦系数等性台。在众多的密封材料中，碳一石墨以及碳厢荧复合就日益重要了。对各向同性热解石墨进行精密切削，是提高表面质材料都具有重量轻、高导热率、低摩擦系数、低线膨胀系数、高耐热性、高耐热震性、良好的化学稳定性以

7、及还具有独特的自润滑量和生产率的新工艺新方法。而对各向同性热解石墨纳米力学眭能性和良好的耐磨性等优点，而被广泛应用于航空发动机中。例如的研究，是实现其精密可切削性的基础。尤其是当切削厚度达到了俄罗斯在新一代大推力航天发动机中采用高强石墨密封环，具有微米级，其表面的材料的力学f生能直接关系到已加工表面的质量。高强度、高密度、低摩擦系数及密封性能良好等特性，未出现过渗纳米压痕技术是近几年发展起来的一种测试材料力学性能漏等事故；经检测，其石墨密封环为各向同性热解石墨口。的技术口]，尤其适用于胞I生材料。该技术不

8、仅具有较高的位移分辨★来稿日期：2011-02—15女基金项目：中航航空基金项目—典型航空难加工材料加工切削性研究-APTD1204表1实例测试结果法向一致化调整了三角网的法矢一致性。参考文献llJDelaunay，B．Surlaspherevide，IzvestiaAkademiiNaukSSSR，OtdelenieMatematicheskikhiEstestvennykhNauk．1934(7)：793-800．12jL