复合增韧组织的力学性能模型化研究

论文摘要

本文建立了一个延性相增韧硬强相的复合组织力学模型,通过对不同体积分数、不同尺寸、不同材料增韧相增韧硬强相基体的强韧化贡献进行计算研究,由此达到对基体的力学性能进行优化。利用模型对增韧复合组织进行压缩与拉伸变形计算,把计算结果与实验数据进行对比,验证模型计算的准确性。所做工作如下: (1) 模仿常规复合材料中高强度相材料加入基体相材料以增强基体强度的复合材料概念,明确提出高塑性低强度相“加入”低塑性高强度相从而达到增韧目的的新复合材料概念,并进一步提出复合增韧的概念。 (2) 揭示脆性基体复合材料的增韧机制,寻找具有最佳增韧效果的微结构组合是当前研究复合组织增韧的首要目的。 (3) 采用细观力学中的模型方法结合有限元计算工具与平均化思想进行研究。代表单元模型的提取参照文献中提供的实物照片,并根据细观力学理论进行了适当简化。 (4) 从细观尺度而非微观尺度的水平,针对增韧“相”尺寸、体积分数、性能对复合增韧材料组织性能的预测和组织优化提出建议。 通过进行以上工作,得出如下结论: (1) 增韧相与基体相力学性能的变化:增韧相表现出明显的应变强化,基体相在延性第二相的软化作用下,塑性增加。 (2) 增韧相与基体相力学性能的匹配:增韧相与基体相的弹性模量与泊松比越接近,增韧相的增韧作用发挥越充分;两相性能差别越大,越容易在两相界面发生应力集中,导致两相脱粘,力学性能变差。 (3) 增韧相的尺寸对复合组织力学性能的影响:增韧相尺寸太小达不到增韧的效果,增韧相尺寸太大恶化两相接触界面。

论文目录

• 1.文献研究
• 1.1 前言
• 1.2 复合组织的定义
• 1.2.1 复合材料的定义
• 1.2.2 复合组织的定义
• 1.3 复合效应
• 1.3.1 复合组织的力学性能的改善
• 1.3.2 复合组织增韧机理
• 1.4 复合组织形成过程
• 1.4.1 复合组织的选择
• 1.4.2 复合组织的特性
• 1.4.3 复合组织的制备方法
• 2.本课题主要研究方法与内容
• 2.1 本课题研究方法说明
• 2.2 本课题主要研究内容与目的
• 3.复合增韧组织的力学研究与计算方法
• 3.1 复合材料细观力学设计原理概述
• 3.2 细观力学模型与方法
• 3.3 复合增韧组织细观力学模型与方法
• 3.3.1 复合材料力学主要研究途径
• 3.3.2 复合材料计算细观力学
• 3.3.3 细观力学模型与计算方法
• 3.4 有限单元法原理
• 3.5 复合韧化组织模型
• 3.5.1 基本假设
• 3.5.2 代表单元
• 3.5.3 基本参数
• 3.5.4 边界条件
• 3.5.5 初始条件
• 3.5.6 终止条件
• 4.方程求解与典型结果
• 4.1 有限元计算结果举例
• 4.1.1 代表单元体中应力与应变扩展过程
• 4.2 计算结果举例
• 4.3 影响因素分析
• 4.3.1 单元体形状的影响
• 4.3.2 增韧相尺寸的影响
• 4.3.3 增韧相体积分数的影响
• 4.3.4 增韧相性能的影响
• 4.4 检验模型准确性
• 5.结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文