[发明专利]一种碳化硅陶瓷常压固相烧结过程的数值模拟方法

权利要求书

1.一种碳化硅陶瓷常压固相烧结过程的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立碳化硅陶瓷常压固相烧结过程的热粘弹性本构模型；

(2)建立有限元分析模型；

(3)定义烧结蠕变本构方程；

(4)进行瞬态热结构耦合非线性仿真分析，获得碳化硅陶瓷产品上的温度场分布以及致密化收缩量；

(5)通过与实时观测炉测得的试验数据对比，验证所述热粘弹性本构模型及有限元分析模型的正确性；

所述步骤(1)包括：

利用烧结的唯象模型结合碳化硅陶瓷常压固相烧结致密化过程中表现出的粘弹性特性，对于三轴应力状态下并存在热变形的情况，同时考虑弹性应变率、热应变率、和蠕变应变率，建立描述碳化硅陶瓷常压固相烧结过程的热粘弹性本构模型为：

将公式(1)转换为胡克定律的速率形式为：

其中D为弹性刚度矩阵，为弹性应变率，为总应变率，为热应变率，为蠕变应变率；

热应变率的表达式如下：

其中α为热膨胀系数，△T为温度增量，I为二阶单位张量；

蠕变应变率的表达式如下：

其中σ′为应力偏张量，G＝(1-θ)²η为剪切粘度，θ为孔隙率，为材料的表观粘度，η₀是室温下材料粘度参数，Q_vf为粘性流动激活能，R为气体常数，T为温度，I为二阶单位张量，σ_m＝tr(σ)/3为静水应力，为烧结应力，γ_s为表面能，r₀为粉末颗粒平均半径，为体积粘度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：建立分析对象的几何模型；定义材料特性；设置分析类型；定义不同部件之间的接触属性；设置载荷及约束边界条件；设置单元类型、划分网格。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述建立分析对象的几何模型包括：

根据实际烧结样品状态，利用三维制图软件建立分析对象的三维几何模型，对于结构及边界条件具有对称性的三维几何模型，取其四分之一或二分之一建模；

将三维制图软件中建立的三维几何模型转化为step文件格式，利用ABAQUS软件的模型输入接口，实现模型的导入；

所述定义材料特性包括：

碳化硅陶瓷多孔材料在常压固相烧结致密化过程中存在热变形、瞬时弹性效应和蠕变特征，将其视为各向同性的热粘弹性体，支撑板为致密化石墨，视为各向同性的线弹性体；

所述设置分析类型为瞬态热结构耦合分析，同时考虑几何非线性及蠕变/膨胀/粘塑性行为；

所述定义不同部件之间的接触属性包括在接触面之间设置摩擦关系及导热关系；

所述设置载荷及约束边界条件包括根据实际工况条件设置载荷及约束边界条件，定义自由度约束、对称面上的对称约束以及外力和热边界条件；

所述设置单元类型、划分网格包括根据所述有限元分析模型的结构特征和分析类型设置相应的单元形式。