随着计算机技术在花岗岩切削加工中的应用,使得花岗岩雕刻制品在实际生活中已得到了大量的应用,同时也具有更广阔的应用前景。目前花岗岩加工机械设备技术已比较成熟,但加工效率材料损耗等成为了困扰花岗岩切削加工的难题,其加工工艺参数一直使用经验的工艺参数,不适当的加工工艺参数经常导致刀具磨损、材料浪费,降低加工质量和效率。而影响花岗岩加工效率的关键因素是碎屑的形成,同时刀具的磨损也对加工效能有较大的影响。在花岗岩加工领域中,对于花岗岩切割及破碎需求较多,因此有很多关于金刚石锯片的实验研究,为花岗岩切割加工过程提供了依据和参考。然而对于花岗岩加工过程中微观裂纹产生的研究比较缺乏,使得在花岗岩加工领域中,加工技术很难得到发展。因此,本文针对花岗岩加工过程中的金刚石颗粒与花岗岩接触所产生的压痕裂纹以致断裂的过程,从以下几方面进行了系统的研究:首先,通过查阅大量文献,整理有关石材材料性能和石材压痕相关实验的理论依据,总结出一般石材在不同压头下的压痕断裂机理。通过这个机理,延伸出本文选用的压头及工况来分析尖锐压头挤压花岗岩的接触应力及裂纹形成过程。在断裂机理的理论基础之上,进行更深层次的研究。通过对早期压痕实验中石材应力场的理论研究,分析针对花岗岩石材压痕实验的应力状态。在应力场中形成不可逆变形区,初始裂纹的扩展也就是在这个应力场中形成的。详细描述了从对压头施加载荷开始到卸载完毕过程中各种裂纹的扩展情况,对这个理论的描述有助于在之后的压痕模拟和压痕实验中更好的对裂纹进行分析。参考压头作用下花岗岩中径向裂纹模型,基于一定屈服准则,研究岩石在压头下的开裂行为,分析在模型中不同区域的压力状态,根据理论基础推导出裂纹长度与载荷、压入深度的关系。其次,运用ANSYS/LS-DYNA及LS-PrePost软件进行压痕仿真。通过分析对比适合本模拟过程的材料模型。金刚石与花岗岩石材的材料模型的选取是仿真过程的基础,它直接影响仿真结果的有效性。通过仿真,模拟了金刚石颗粒在压入花岗岩时裂纹的产生过程,对裂纹扩展过程进行详细分析,与理论过程进行对比。通过修改材料参数,达到对不同种类花岗岩的压痕情况对比。通过不同的线速度,获得了花岗岩在压痕过程中的应力变化情况,得出在设定的不同工况下,裂纹形成及扩展过程和花岗岩内部的应力状态。并且测量了不同线速度下压痕径向裂纹尺寸。最后,利用显微硬度仪和显微观测系统进行了尖锐压头的压痕实验。压痕过程是通过显微硬度仪来实现的,在实验中设置金刚石加载的试验力、保压时间等,来对应不同的工况。再通过超景深三维显微系统观测花岗岩表面径向压痕的扩展情况,并测量不同工况下裂纹长度来对比分析试验力对裂纹扩展的影响。得出试验力所模拟的切削力与裂纹长度的关系。通过上述工作,结合模拟过程得出的花岗岩的应力状态与压痕实验对比分析,利用实验过程的真实情况来验证模拟过程,并且给出不同工况下花岗岩的应力状态和径向裂纹尺寸的对比,并深入分析了在加工初始花岗岩的裂纹扩展情况,为花岗岩加工中工艺参数的选择提供了参考的方法和依据。模拟及实验得出的理论数据,对花岗岩加工中降低生产成本、提高加工效率具有一定的指导意义。