顆粒增強金屬基復合材料循環(huán)變形行為的數值模擬.pdf

1、工程構件因存在非對稱循環(huán)應力或循環(huán)熱應力作用而導致材料產生不同程度循環(huán)塑性應變累積，這種塑性應變累積現象稱為棘輪效應(Ratcheting)。棘輪效應給結構安全設計和壽命評估帶來嚴峻挑戰(zhàn)，因而已經引起了國內外學者的廣泛重視。近幾十年，對于金屬材料，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)的實驗研究和本構描述，已取得了豐碩的成果。然而，這些研究成果不能直接應用到宏觀均勻微觀不均勻的顆粒增強金屬基復合材料循環(huán)變形行為的本構描述中。因

2、此，在已有的實驗研究基礎上，開展對該類復合材料的循環(huán)變形行為的研究無疑具有十分重要的理論意義和工程應用價值。 為了對顆粒增強金屬基復合材料循環(huán)變形行為進行深入的研究，本論文開展了如下研究工作： 1、在室溫和高溫(300℃)下，對T6熱處理后的、兩種體積分數的SiCp／6061A1合金復合材料進行了較為系統(tǒng)的單軸時相關循環(huán)加載實驗，重點討論復合材料的單軸循環(huán)棘輪行為與加載應力水平和加載歷史以及加載速率和峰值保持時間之間的關

3、系，揭示復合材料時相關循環(huán)棘輪行為的特征，為建立相應的循環(huán)本構模型提供實驗基礎。 2、基于顆粒增強金屬基復合材料的單球形顆粒模型和軸對稱二維6節(jié)點三角形單元，利用ABAQUS對T6熱處理后的、兩種體積分數的SiCp／6061A1合金復合材料的室溫和高溫300℃單拉行為和單軸循環(huán)變形行為進行數值模擬。通過與實驗結果的比較來驗證上述模型的合理性。 3、采用軸對稱體胞和三維體胞方法，對于含有單個顆粒的體胞，研究分析了多種形狀的

4、增強相模型，得出了顆粒形狀對復合材料的單拉行為和單軸循環(huán)變形行為的影響。 4、在軸對稱體胞基礎上，分析了顆粒相對位置和相對大小的影響；其次考慮到軸對稱體胞方法在顆粒排布、幾何形狀等方面的局限性，建立了增強相的三維模型，由于三維體胞模型更接近真實材料的細觀結構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與實驗曲線吻合地較好。通過對上述計算過程、結果的討論分析，得出了對顆粒增強金屬基復合材料的研究具有一定參考意義的結果