顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料循環(huán)變形行為的數(shù)值模擬.pdf

1、工程構(gòu)件因存在非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)熱應(yīng)力作用而導(dǎo)致材料產(chǎn)生不同程度循環(huán)塑性應(yīng)變累積，這種塑性應(yīng)變累積現(xiàn)象稱(chēng)為棘輪效應(yīng)(Ratcheting)。棘輪效應(yīng)給結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)和壽命評(píng)估帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因而已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。近幾十年，對(duì)于金屬材料，其單軸和非比例多軸循環(huán)變形行為已得到了深入而系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和本構(gòu)描述，已取得了豐碩的成果。然而，這些研究成果不能直接應(yīng)用到宏觀均勻微觀不均勻的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料循環(huán)變形行為的本構(gòu)描述中。因

2、此，在已有的實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，開(kāi)展對(duì)該類(lèi)復(fù)合材料的循環(huán)變形行為的研究無(wú)疑具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 為了對(duì)顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料循環(huán)變形行為進(jìn)行深入的研究，本論文開(kāi)展了如下研究工作： 1、在室溫和高溫(300℃)下，對(duì)T6熱處理后的、兩種體積分?jǐn)?shù)的SiCp／6061A1合金復(fù)合材料進(jìn)行了較為系統(tǒng)的單軸時(shí)相關(guān)循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)討論復(fù)合材料的單軸循環(huán)棘輪行為與加載應(yīng)力水平和加載歷史以及加載速率和峰值保持時(shí)間之間的關(guān)

3、系，揭示復(fù)合材料時(shí)相關(guān)循環(huán)棘輪行為的特征，為建立相應(yīng)的循環(huán)本構(gòu)模型提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 2、基于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的單球形顆粒模型和軸對(duì)稱(chēng)二維6節(jié)點(diǎn)三角形單元，利用ABAQUS對(duì)T6熱處理后的、兩種體積分?jǐn)?shù)的SiCp／6061A1合金復(fù)合材料的室溫和高溫300℃單拉行為和單軸循環(huán)變形行為進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較來(lái)驗(yàn)證上述模型的合理性。 3、采用軸對(duì)稱(chēng)體胞和三維體胞方法，對(duì)于含有單個(gè)顆粒的體胞，研究分析了多種形狀的

4、增強(qiáng)相模型，得出了顆粒形狀對(duì)復(fù)合材料的單拉行為和單軸循環(huán)變形行為的影響。 4、在軸對(duì)稱(chēng)體胞基礎(chǔ)上，分析了顆粒相對(duì)位置和相對(duì)大小的影響；其次考慮到軸對(duì)稱(chēng)體胞方法在顆粒排布、幾何形狀等方面的局限性，建立了增強(qiáng)相的三維模型，由于三維體胞模型更接近真實(shí)材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)并能更好地反映顆粒間的交互作用，其單拉和棘輪演化的模擬曲線(xiàn)與實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)吻合地較好。通過(guò)對(duì)上述計(jì)算過(guò)程、結(jié)果的討論分析，得出了對(duì)顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究具有一定參考意義的結(jié)果