高压扭转工艺制备SiCp/铝基复合材料及力学性能数值模拟

摘要

SiCp/铝基复合材料具有比强度高、热膨胀系数低和导热性好等优良的综合性能,广泛应用于航空航天、车辆工程及船舶工程等领域。因此,国内外在SiCp/铝基复合材料的基础研究等方面取得了一定成果,主要集中在SiCp/铝基复合材料的制备工艺和强化机制方面,但是对于SiCp/铝基复合材料的力学性能数值模拟方面研究较少。
　　本文采用高压扭转工艺制备SiCp/铝基复合材料,叙述了制备复合材料的计算粉末质量、高压扭转实验和拉伸实验等过程。并采用MARC软件建立SiCp/铝基复合材料的有限元模型,叙述了建立SiCp/铝基复合材料的有限元模型的几何建模、网格划分、本构关系、接触关系设置和边界条件的施加等步骤。并对SiCp/铝基复合材料的变形行为和力学性能进行数值模拟。研究了SiC颗粒对复合材料变形行为、应力应变分布和力学性能(应力应变曲线、弹性模量、屈服强度)的影响。
　　模拟结果表明:复合材料在不同应变条件下其应变分布是不均匀的。塑性变形区域是随着外加应变的增加而从远离颗粒和铝基体的界面处逐渐向靠近界面区域的地方发展的。复合材料中存在一定的应变梯度。铝基体的等效应变与外加载荷方向大致成45°方向分布。多边形SiC颗粒承担了较大的载荷,可以提高复合材料的强度。圆形SiC颗粒增强铝基复合材料的弹性模量比多边形SiC颗粒增强铝基复合材料弹性模量大。单颗粒模型中塑性变形阶段,随着SiC颗粒尺寸的增加,复合材料应力应变曲线有了明显的上升。多颗粒模型中塑性阶段,随着SiC颗粒边数的增加,复合材料应力应变曲线的变化趋势不明显,各种形状 SiC颗粒增强复合材料的应力应变曲线互有相交。当SiC颗粒的边数较少时且SiC颗粒尺寸较多时SiCp/铝基复合材料屈服强度较高。

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第一章 绪论

1.1 金属基复合材料

1.2 颗粒增强金属基复合材料

1.3 颗粒增强金属基复合材料力学性能有限元模拟

1.4 课题来源

1.5 课题意义及研究内容

第二章 实验材料及实验方法

2.1 计算粉末质量

2.2 机械混粉

2.3 高压扭转工艺制备SiCp/铝基复合材料

2.4 显微组织观察

2.5 拉伸实验

2.6 高压扭转工艺制备SiCp/铝基复合材料的性能

2.7 本章小结

第三章 SiCp/铝基复合材料有限元模型的建立

3.1 有限元软件介绍

3.2 SiCp/铝基复合材料有限元模型的建立

3.3 本章小结

第四章 单颗粒模型SiCp/铝基复合材料力学性能数值模拟

4.1 SiC颗粒对复合材料变形行为的影响

4.2 SiC颗粒对复合材料在拉伸载荷下应力应变分布的影响

4.3 SiC颗粒对复合材料应力应变曲线的影响

4.4 SiC颗粒对复合材料弹性模量的影响

4.5 SiC颗粒对复合材料屈服强度的影响

4.6 本章小结

第五章 多颗粒模型SiCp/铝基复合材料力学性能数值模拟

5.1 SiC颗粒对复合材料变形行为的影响

5.2 SiC颗粒对复合材料在拉伸载荷下应力应变分布的影响

5.3 SiC颗粒对复合材料应力应变曲线的影响

5.4 SiC颗粒对复合材料弹性模量的影响

5.5 SiC颗粒对复合材料屈服强度的影响

5.5 SiC颗粒含量对复合材料应力应变分布和力学性能的影响

5.6 本章小结

第六章 全文总结和展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况