基于离散元法的多晶硅仿真破碎分析与研究

李明翰，曾海峰，王有伟，张文亚

(石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832003)

1 引言

脆性材料(如玻璃、陶瓷、混凝土等)由于其高硬度、高强度等特性受到国内外学者的广泛关注。目前针对脆性材料破碎问题的研究主要集中在实验探索和理论模型的建立[1]。

陈兴等[2]采用连续离散耦合方法模拟不同初始速度下脆性圆球与钢板的冲击响应及裂纹萌生机理，发现随着无序度增加，脆性材料的临界速度增大，冲击破碎下的损伤开裂由少量贯穿性裂纹主导转变为全域性的分叉裂纹。黄俊宇等[3]发现同一应力水平下准静态压缩后比动态压缩后的试件的颗粒破碎量更大，通过拟合相对破碎率与外力功之间的关系，发现脆性颗粒材料应变率效应作用下，准静态压缩在颗粒破碎方面能量利用率更高也即破碎效率更高。Kun[4]和Wittel等[5]开展了壳体脆性材料在动态荷载下的破坏实验，结果表明在爆炸和冲击两种动载荷下的相变分别具有突变性和连续性．

理论模型的建立上，郑修麟[6]根据脆性材料的正应力断裂准则，提出并验证了适用于在拉/扭复合应力下无机玻璃(包含陶瓷)等脆性材料的断裂准则。易洪昇等[1]基于G.R.McDowell[7]提出的适用于Weibull分布的3个假设，分析不同加载速度下玻璃球强度的Weibull分布特点，结合其产物形貌特征，提出了脆性材料拉剪耦合—时序破坏模型，并通过数值模拟进行了模型验证，取得了丰硕的成果。

多晶硅作为半导体所使用的基础材料，肉眼观察呈灰色有金属光泽，莫氏硬度为7，常温下硬脆，做切割时易发生碎裂[8]。……