氧化锆陶瓷是一种无机非金属材料,具有优良的力学性能和生物相容性,作为全瓷牙的原材料广泛应用于口腔修复领域,即医用氧化锆陶瓷。作为口腔修复材料,氧化锆陶瓷韧性和强度高,生物相容性好,生产出的全瓷牙性能和美学效果与真牙非常接近。其中氧化锆陶瓷韧性的提高与材料的相变增韧效应密切相关。因此本文着重探讨了氧化锆陶瓷的相变增韧效应对裂纹萌生和扩展的影响。本文采用Sun的本构模型,编写用户子程序UMAT应用于有限元软件ABAQUS中来模拟氧化锆陶瓷的相变行为,采用零厚度内聚力单元来模拟材料在外加载荷作用下裂纹的萌生与扩展过程。首先,本文建立三维单向拉伸的内聚力有限元模型模拟了氧化锆陶瓷片状裂纹的萌生与扩展过程,探讨了氧化锆陶瓷材料的剪切相变因子,硬化参数,内聚力单元的界面强度,预设裂纹半径对裂纹附近相变的分布,裂纹扩展速率等的影响。片状裂纹有限元仿真结果表明氧化锆陶瓷的剪切相变分量对材料的断裂韧性影响显著,硬化因子越大相变越难以发生,同时发现内聚力单元的界面强度对裂纹附近的相变分布也有显著影响。其次,分别建立了三维球形压痕和Vickers压痕的有限元模型,探讨了压痕附近的相变分布情况以及相变增韧效应对压痕裂纹的影响。压痕有限元仿真结果表明,压痕附近的裂纹大致呈现由表及里逐渐降低的趋势。关于压痕裂纹,Vickers压痕有限元仿真发现氧化锆陶瓷的裂纹主要是在卸载过程因为残余应力的作用而产生的;相变既能产生增韧效应而抑制氧化锆陶瓷裂纹的萌生和扩展,又能形成残余应力而促进裂纹的萌生和扩展,说明相变既是抑制裂纹的扩展的因素,同时也是诱发裂纹扩展的因素。