Ti-(SiC_f/Al_3Ti)层状复合材料在侵彻早期阶段基于NEIM的建模与仿真研究

摘要

一种由连续Si C陶瓷纤维强化(CCFR)的新型金属间化合物基层状(MIL)复合材料Ti-(SiC_f/Al_3Ti)研制成功,其作为装甲防护材料在被侵彻过程中的微观变形机制、强化及失效机理有待研究。首先采用电镜扫描法(SEM)表征该材料的微观结构和界面特征,而后提出一种新的建模方法,基于高效的等效夹杂数值算法(NEIM),对刚性球侵彻靶体复合材料的早期接触过程进行建模,研究准静态加载下Ti-(SiC_f/Al_3Ti)复合材料的小变形弹塑性接触力学行为,并通过压痕试验验证该模型的精确性。结果表明,在球-面加载模式下,SiC纤维对CCFR-MIL复合材料的强度提高显著,而对延展性的强化却不如面-面加载模式下明显。此外,球-面加载模式下的最大塑性应变集中(MPSC)区出现在Al_3Ti层最接近中心SiC纤维上边界的位置,并随载荷的增大沿深度方向延伸,该区域是裂纹萌生并扩展的高发区。当相邻SiC纤维的中心距为四倍纤维直径,且Ti层体积分数为40%时,CCFR-MIL复合材料的综合力学性能最佳。更高效数值方法的运用,节约了计算成本,清晰透彻地揭示了新型CCFR-MIL复合材料在被侵彻过程中的微观变形机制、强化及失效机理,并使参数化研究更为全面,便于材料的微观结构优化。