混雜增強金屬基復合材料力學性能的擬實研究.pdf

1、隨著時代的發(fā)展，社會各方面對高性能材料的需求越來越廣泛，單純的金屬或合金在很多應用領域已經無法滿足力學性能方面的要求。由于擁有高比強度、高比剛度、耐高溫和耐腐蝕性能，非連續(xù)增強復合材料成為近年來研究的熱點。復合材料由增強體和基體組成，增強體和基體的不同含量、形貌、分布等都會對復合材料的力學性能產生很大影響。為了能夠通過計算機數值模擬來計算現有復合材料的力學性能，并為將來預測不同增強體含量、形貌、分布的復合材料的力學性能，本文研究了一種新

2、的三維隨機有限元模型，可以用來模擬混雜增強復合材料的力學性能。并以(TiB+TiC)/Ti6242 鈦合金基混雜增強復合材料為例，做了如下研究： 1. 研究了混雜增強復合材料的力學性能與微觀結構的關系，根據其微觀結構特點，并基于隨機序列吸附（RSA）方法，提出了短纖維和顆?；祀s增強的三維隨機有限元模型。該模型通過Visual C++編寫程序實現，可以直接導入通用有限元軟件生成位置及取向隨機分布的多纖維多顆粒的代表體積單胞模型；同

3、時可以根據模擬的不同的復合材料，對短纖維和顆粒增強體的含量，及短纖維增強體的長徑比，取向分布規(guī)律等進行任意調整，可適合各種不同的混雜增強或單獨增強復合材料微觀結構的模擬。 2. 利用上述模型，對原位合成TiB 纖維和TiC 顆?；祀s增強的鈦合金基復合材料(TiB+TiC)/Ti6242 進行了研究。通過對增強體體積含量為8％，纖維狀增強體按標準正態(tài)分布的模型模擬加載，并對比實驗測試結果，證明該模型對混雜增強的復合材料的模擬較為精

4、確，計算得復合材料的彈性模量和屈服強度同拉伸實驗獲得的結果一致。同時，模擬結果表明，在纖維狀增強體中，平行于加載方向的增強體承載了最大的應力，而與加載方向約呈45 度角的增強體承受的應力最小；顆粒狀增強體承受的應力相比平行于加載方向的纖維狀增強體要小很多；基體中應力在加載方向上靠很近的增強體之間較高。 3. 模擬了不同增強體含量（3％和8％）對復合材料整體力學性能的影響，結論同拉伸試驗結果一致，即，增強體含量的增加，將使復合材料

5、的彈性模量和屈服強度提高，并推測其延伸率下降；同時研究了纖維狀增強體取向分布規(guī)律對復合材料力學性能的影響，分別模擬了纖維狀增強體按照σ=0.5、σ=1.0、σ=2.0正態(tài)隨機分布及三維均勻隨機分布的單胞模型；其中與真實(TiB+TiC)/Ti6242 復合材料形貌最接近的，按照σ=0.5正態(tài)隨機分布的單胞模型，計算得到的彈性模量和屈服強度與實驗結果也一致。 4. 作為對照，這里采用三種不同排布的軸對稱模型同樣模擬了增強體體積含量