基于三维随机细观模型的SiCp/Al复合材料力学性能分析

基于颗粒增强铝基复合材料的细观组成及结构特点,建立了考虑颗粒、基体、界面性能的三维随机细观颗粒增强复合材料分析模型和方法。在细观尺度上,分别采用立方颗粒、球形颗粒及三维随机多面体模型来表征颗粒的形状,根据颗粒原材料粒度分析获得的粒径分布数据,建立考虑颗粒空间分布的随机特性及粒径的概率分布特征的三维随机代表性体积单元。在Ludwik模型基础上考虑淬火硬化效应,描述铝基体的弹塑性本构关系,考虑了基体的韧性损伤、SiC颗粒的弹脆性破坏以及界面的拉伸-开裂行为,模拟了材料在单轴拉伸过程中的变形和损伤过程。开展SiCp/Al2009复合材料标准件的单轴拉伸试验验证,结果表明:弹性模量、屈服强度和拉伸强度的预测最大误差分别在5%、5%及11%以内;弹性模量的预测结果受颗粒形状影响较小;其中,三维随机多面体模型的拉伸强度预测精度最高,且能反映出颗粒增强复合材料拉伸断裂过程中的基体韧性断裂、颗粒脆性破坏以及界面脱黏的破坏模式;该模型和方法可为颗粒增强铝基复合材料的细观损伤机理及宏观力学性能分析提供有益的参考。      

纤维增强金属基复合材料细观几何结构对宏观弹性性能的影响

基于复合材料宏、细观场量之间的联系,建立了一种纤维增强复合材料宏—细观力学模型。该模型建立起了宏观与细观应力、应变场量之间的联系,获得了宏观应力—应变关系,试验及理论计算表明,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹性性能。利用该模型研究了纤维截面形状和排列方式对金属基复合材料宏观弹性性能的影响。     

纤维增强复合材料宏观与细观统一的细观力学模型

研究了复合材料宏观、细观特征之间的联系,将宏观复合材料体中的1点赋予了细观结构特征。基于细观结构周期性假设,建立了1种细观力学模型,用模型中高阶多项式函数模拟基体和增强相中的细观位移场;通过对细观单元力学方程的分析与求解,建立了复合材料宏观、细观力学变量之间的联系。该细观力学模型,不仅能用于复合材料宏观有效性能的预测及细观应力、应变场的分析,而且能够很容易地融入常规有限元法中,实现对复合材料结构的宏观、细观一体化分析。以该细观力学模型为基础的计算结果与部分文献中的试验结果及理论计算值具有较好的一致性。     

缝合复合材料弹性常数细观力学模型的分析比较

对近几年来公开发表的缝合复合材料弹性常数的细观力学模型进行了分析比较。通过计算对比了铺层纤维面内弯折、正弦波状弯曲、多项式描述纤维弯曲三个典型的缝合复合材料弹性常数的细观力学分析模型。结果表明,采用面内纤维弯折假设的弹性常数分析模型对缝纫参数的改变不敏感;采用面内纤维弯曲假设的模型对缝纫参数改变敏感,不同模型得到的弹性常数随缝纫参数变化趋势几乎是相同的。但是,假设纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲比假设纤维全部发生弯曲得到的结论更合理。     

纤维增强复合材料的损伤特征及失效分析方法

给出了纤维增强复合材料单向板的基本失效模式,总结了多向层合板的损伤特征.复合材料层合板中存在四种基本的失效模式,即:基体开裂、分层、纤维断裂及脱粘.上述四种基本失效模式虽然可组合出多种复杂模式,但任何复合材料的失效均可分为以基体控制为主或以纤维控制为主两种.本文还讨论了复合材料中的失效分析方法.目前,有关复合材料断裂图像的知识仍是有限的,但已引起人们的高度重视.     

AlSi7Mg0.3/SiCp复合材料低压铸造

介绍了颗粒增强铝基复合材料低压铸造的优越性及过程的动态特征.试验测定了含SiC15%(体积分数)、基体合金为AlSi7Mg0.3的复合材料重力铸造和低压铸造的流动性、抗拉强度、延伸率、孔隙率和颗粒分布均匀性.     

SiCp / Al 复合材料焊接技术的研究现状与展望

阐述了SiCp/Al复合材料(PEA)焊接过程中的常见问题及相应的解决措施.对国内外PEA焊接的研究进展进行了综述及评价,并且对其发展前景进行了展望.     

细观几何结构对复合材料初始屈服面的影响

采用宏—细观统一的弹塑性本构模型分析了多轴载荷作用下不同纤维形状、不同纤维排列方式对金属基复合材料初始屈服面的影响。研究表明:在纵向正应力作用下,圆截面纤维复合材料的初始屈服应力基本上与方形截面纤维复合材料的初始屈服应力相等;不同纤维排列方式的复合材料初始屈服应力基本上相同。当存在横向应力或纵横剪切应力时,圆截面纤维复合材料初始屈服面在方形截面纤维复合材料初始屈服面之内;六角形排列时最容易屈服,而方形对角排列屈服应力最高。      

2.5维机织复合材料细观几何模型及刚度预测方法研究进展

本文从2.5维机织复合材料细观几何结构出发,讨论了织造及成型工艺对材料实际细观几何结构的影响,并分析了不同纱线截面及路径假设所建立代表性体积胞的优缺点。对考虑工艺因素的代表性体积胞是否具有统一性和体素单元法建模的合理性做出对比分析。在代表性体积胞的基础上,重点讨论了2.5维机织复合材料刚度的数值预测方法,并将其与刚度的理论预测方法作了简单对比。基于刚度的数值预测方法,分析了各种机织参数对刚度系数的影响,并且对比了不同代表性体积胞模型的应力场。此外,还讨论了2.5维机织复合材料叶片的建模分析技术与刚度设计方法。最后,指出了当前2.5维机织复合材料细观建模及刚度预测方法存在的问题与不足,并且对其力学性能研究的发展趋势进行了展望。     

飞机复合材料长桁压损失效的渐进损伤分析

针对碳纤维增强树脂基复合材料长桁的压损失效,提出了一种以渐进损伤理论为基础的有限元数值模拟方法。以较常见截面的长桁为分析对象,建立了有限元模型。选用合理的材料受损后的刚度折减方案,基于Hashin失效判断准则,利用ABAQUS软件进行非线性求解后得到了长桁压损失效临界载荷。相应地,制造了3种不同尺寸的T型长桁进行压损试验。对比载荷位移曲线和结构失效临界载荷,结果显示,以渐进损伤理论为基础的有限元数值模拟方法与试验比较吻合。     

Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能预测

基于Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型断裂韧性的试验结果、Z-pins增强机理,提出了Z-pins拔出的单线性软化模型.重点考虑了Z-pins直径范围内拔出位移的不一致性,在简单双悬臂梁（DCB）理论的基础上,获得了Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能的分析预测模型,预测结果与试验结果吻合较好.在此基础上,采用预测模型获得了不同Z-pins直径、裂纹长度下的裂尖能量释放率,并与理想弹簧元法进行了比较.结果表明:当裂尖靠近Z-pins时,随着Z-pins直径增大,两种方法所得的裂尖能释放率的差异逐渐增大,但总体来说差异的量级很小;随着裂纹长度的增加,裂尖逐渐远离Z-pins,两种方法所得的裂尖能释放率的存在较大的差异,不能忽略Z-pins直径范围内拔出位移不一的影响.      

陶瓷基复合材料高精度宏细观统一本构模型研究

基于高精度通用单胞模型(HFGMC)建立了陶瓷基复合材料(CMCs)的宏细观统一本构模型.首先基于CMCs的细观结构和损伤特点建立代表体元(RVE)并定义细观损伤变量.然后采用HFGMC模型计算细观损伤变量的演化,由此获得宏观应力应变曲线,从而建立了CMCs的宏细观统一本构模型.采用该本构模型预测了CMCs的宏观应力应变曲线,与实验结果吻合良好.结果表明该本构模型能够模拟CMCs的拉伸与损伤行文,为CMCs强度分析提供了有效手段.      

Microstructure-based Simulation of Plastic Deformation Behavior of SiC Particle Reinforced Al Matrix Composites

This article, in order to unearth the deformation mechanism of particle reinforced metal matrix composites, establishes a finite element model (FEM) based on the actual microstructures. It finds out and analyzes the distribution of von Mises effective stress, strain and the maximum principal stress in the matrix and particles. Moreover, the overall stress and strain in the matrix and composites are calculated. By comparison, a tiny discrepancy exists between the experimental results and the simulation with respect to flow stresses. The effects of deformation parameters, such as temperature and strain rate, on the strengthening mechanism are explored and proved to be weak.     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF PARTICULATE REINFORCED MATRIX COMPOSITE

Sprayatomizationandco-depositiontechnique,bywhichreinforcementparticulatesandmetalmatrixaremixedtopreparecomposite,belongstothecategoryofrapidsolidification[lj.Comparedwithsqueezecasting,stringcasting,powdermetallurgyandin-situmethod,sprayatomizationandco-depositiontechniquehasitsparticularadvantages["'J:Thestrengtheningfunctionofthereinforcementfineparticulateismadefulluseof;volumefractionofreinforce-mentparticulatecouldbeadjustedwithinacertainrange,andtheinterfacecohesionisgreatiyimprovedlha…     

金属基复合材料的蠕变力学研究进展

通过对国内外近10年来在金属基复合材料蠕变力学领域的研究状况的分析,着重从理论、试验和有限元数值模拟三方面评述已经取得的成果和现实需要解决的问题。最后对我国在该领域未来的研究方向和需要开展的工作提出了建议。     

纤维增强金属基复合材料及基在航空发动机上的应用

回顾了纤维复合材料，尤其是金属基复合材料的发展及应用情况，对金属基复合材料应用中涉及的一些问题进行了讨论。鉴于西方发达国家航空新材料研究以及在航空发动机上应用取得的巨大成功，和我国金属基复合材料的研制、应用落后的现状，呼吁在未来航空发动机发展规划中要加大对金属基复合材料及其应用的研究，重视建立适合金属基复合材料结构强度的寿命预测分析系统。     

金属基复合材料的强化机制

复合材料的强化机制和强度预报一直是材料学的研究热点 ,因为这涉及到材料的组织设计问题。以往的研究对于金属基复合材料的强化机理有很多种说法 ,而且提出了大量的模型 ,但迄今为止缺乏一个统一而完善的理论。本文总结分析了近年来有关金属基复合材料的强化机制和一些相关的模型 ,并指出了这些强化机制的不足和以后的发展趋势     

颗粒增强金属基原位复合材料的制备技术回顾与展望

综述了国内外制备颗粒增强金属基复合材料的各种原位合成方法、工艺原理 ,并基于原位合成技术实现产业化的关键是优化工艺、降低成本的分析 ,对各种工艺的特点进行了探讨 ,在此基础上介绍了一种原位合成新工艺──反应稀释法。