Csf/AZ91D复合材料近基体固相线塑性变形力学本构关系研究

摘要

短碳纤维增强镁基复合材料(Csf/AZ91D复合材料)具有高比强度、高比模量以及减震、耐磨和尺寸稳定性好等优异的综合物理性能，是航空航天和电子通讯装备领域极具应用潜力的先进复合材料。近基体固相线高温塑性成形工艺利用镁基体高温动态再结晶软化特性和微量界面液相缓解界面应力集中并减少增强相破损，从而提高镁基复合材料塑性成形能力，是一种新型的非连续增强镁基复合材料塑性加工技术。镁基复合材料近基体固相线高温塑性变形行为与其传统热变形行为具有显著差异，在研究其塑性变形行为规律基础上建立其塑性流变力学模型，对于指导近基体固相线高温塑性成形工艺参数优化，开展镁基复合材料塑性加工工艺数值模拟均具有重要的意义。
　　本文通过等温恒应变速率压缩试验研究了Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温塑性变形力学行为。根据试验结果定量分析了复合材料流变应力随变形温度、变形量和应变速率的变化规律，探讨了基体合金和纤维对复合材料应变软化的影响机理，为建立Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温塑性变形力学本构关系奠定了理论基础。
　　根据Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温塑性变形力学行为特征，提出并建立了基于应变补偿的粘塑性力学本构方程，克服了双曲正弦力学本构模型只能计算塑性变形峰值应力或稳态应力的不足，能够较准确的预测Csf/AZ91D复合材料在不同温度、应变速率和应变量条件下的流动应力，较好的反映出复合材料真应力-真应变曲线的变化规律特别是应变软化行为特征，为深入掌握Csf/AZ91D复合材料在近基体固相线大变形过程中的塑性流动规律提供了理论模型。
　　基于所建立的Csf/AZ91D复合材料高温塑性力学本构方程，建立了复合材料单向等轴压缩变形有限元模型，对等温恒应变速率压缩变形过程进行了数值模拟，分析了Csf/AZ91D坯料在压缩流变中的应力、应变和应变速率的分布和演变规律。有限元模拟得到的压缩载荷-位移行程曲线与热压缩试验曲线吻合良好，表明本文所建立的基于应变补偿的流变力学本构方程可以较准确地实现Csf/AZ91D复合材料高温塑性成形加工过程的数值模拟。
　　本文的研究结果为深入理解Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温塑性变形行为及其塑性成形规律提供了理论参考，对非连续增强金属基复合材料高温或半固态成形工艺研究也具有一定参考价值。

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第一章 绪论

1.1选题依据、目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

1.4研究方案

第二章 Csf/AZ91D复合材料高温压缩变形行为

2.1引言

2.2 Csf/AZ91D复合材料高温压缩试验

2.3 Csf/AZ91D复合材料高温压缩变形行为分析

2.4本章小结

第三章 Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温塑性流变力学本构建模

3.1 引言

3.2 Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温流变力学本构模型

3.3 Csf/AZ91D复合材料流变力学本构方程分析

3.3本章小结

第四章Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温压缩过程的有限元模型

4.1引言

4.2刚塑性有限元法

4.3 MSC.Marc简介及有限元建模

4.4本章小结

第五章Csf/AZ91D复合材料近基体固相线高温压缩数值模拟分析

5.1引言

5.2模拟结果与分析

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文和科研情况

致谢

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