復(fù)合材料力學(xué)性能的細(xì)觀有限元分析

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1、摘要復(fù)合材料具有明顯優(yōu)于組分材料的性能，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計和制造，具有良好的發(fā)展前景。復(fù)合材料力學(xué)的研究能夠闡明復(fù)合材料性能變化的規(guī)律，指導(dǎo)復(fù)合材料的設(shè)計，受到材料和力學(xué)工作者的普遍重視。有限元方法的出現(xiàn)給人們提供了分析復(fù)合材料細(xì)觀應(yīng)力場和定量描述細(xì)觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的有力工具，極大地推動了復(fù)合材料的發(fā)展。本文利用有限元軟件MSC．Marc對鈦基復(fù)合材料和生態(tài)陶瓷／金屬復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了計算模擬，考察了復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)對宏觀力學(xué)性能的影響。對含不同比例TiC和TiB增強(qiáng)體的鈦基復(fù)合材料的拉伸性能和應(yīng)力場進(jìn)行了模擬。在拉伸載荷作用下，增強(qiáng)體承擔(dān)大部分載荷，

2、增強(qiáng)體內(nèi)的應(yīng)力遠(yuǎn)大于基體內(nèi)的應(yīng)力。鈦基復(fù)合材料的抗拉性能隨著TiB增強(qiáng)體含量的增加而降低，表明TiB對鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)作用不如TiC。對于含裂紋的鈦基復(fù)合材料，基體中裂紋的存在增加了增強(qiáng)體與基體界面的開裂傾向。對壓縮載荷作用下生態(tài)陶瓷／鋁和生態(tài)陶瓷，鈦復(fù)合材料進(jìn)行了計算分析。生態(tài)陶瓷，金屬復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)彈塑性，金屬內(nèi)的應(yīng)力高于生態(tài)陶瓷內(nèi)的應(yīng)力，金屬的屈服由計算模型周圍向中心擴(kuò)展，生態(tài)陶瓷／鋁復(fù)合材料的屈服應(yīng)力和彈性模量與鋁合金接近，低于生態(tài)陶瓷，鈦復(fù)合材料的屈服應(yīng)力和彈性模量，表明生態(tài)陶瓷，金屬復(fù)合材料的力學(xué)性能主要由金屬決定。關(guān)鍵詞鈦基復(fù)合材料，生

3、態(tài)陶瓷，金屬復(fù)合材料，有限元，細(xì)觀力學(xué)ABSTRACTCompositeshaveobviouslybeRerperformancethanconstitutingmaterial．Moreover,itcallbedesignedandproducedaccordingtoneed．Thereforeithasupstandingdevelopingforeground．Compositemechanicsillustratesthediscil；)lineofperformancevariationandguidedesignofcomposites，SOit

4、attractsimportanceofmaterialandmechanicsscientists．Finiteelementmethodprovidesusefultoolforanalysisofmicrostressfieldandquantifydescribingtherelationbetweenmicrostructureandperformance，anditpromotesthedevelopmentofcomposites．Inthepresentstudy,mechanicalcharacterofTiMMCandeco—ceramic／m

5、etalcompositesarccomputed．Thecomputationisaccomplishedusingfiniteelementsof['wareMSC．Marc．Theinfluenceofmicrostructureonmacro—mechanicalperformanceisstudied，TensionperformanceandstressfieldofTiMMCcontainingdifferentratioofTiCandTiBstrengtheningbodyaresimulated．Undertensileloading，thes

6、trengtheningbodybearmostload，andstressinthestrengtheningbodyismuchlargerthanthatinthebasemetal．ThetensileperfomlanceofTiMMCbecomesworsewithincreasingTiB，whichshowsthatthestrengtheningeffectofTiBonTiMMCiSweakerthanthatofTiC．ForTiMMC．crackiUthebasemetalincreasesthecrackingtendencyofinte

7、rfacebetweenstrengtheningbodyandthebasemetal．Eco-。ceranfic／Alandeco··ceramic／Ticompositesbearingcompressingloadarecalculated．Thestress—strainrelationofeco-ceramic／metalcompositeiselastoplastic，Stressinthemetalishigherthanthatineco—ceramic，andyieldofmetalextendsfromthecircumferencetoth

8、ecent