论文摘要
有限元方法已广泛应用于机械、电子、建筑、冶金、航空航天等各个领域,在材料学领域,有限元法可以对材料的变形、应变硬化和断裂过程进行详尽的分析与模拟,并且可以较好地反映增强体的形状、分布状态、基体—增强体的界面状态、热残余应力及各种外界因素（如加载方式、变形温度等）对材料性能的影响,同时还可获得材料变形过程中的相关信息,如外加载荷的分配,弹性、塑性变形区的发展及应力、应变的分布等。因此利用有限元法进行模拟研究可以节约材料开发成本,预测材料性能。本文简要介绍了国内外碳纳米管（CNTs）/镁基复合材料的研究背景和研究现状,在国内外对碳纳米管（CNTs）/镁基复合材料的研究的基础上,利用有限元法分析了镀镍碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料（Ni-CNTs/AZ91D）的镀镍层厚度对材料热残余应力的影响,研究了AZ91D镁合金材料的拉深成形过程中温度和压边力的影响。在实验基础上,首先建立不同Ni层厚度时Ni-CNTs/AZ91D复合材料的有限元模型的三维有限元模型,运用热—应力耦合分析方法模拟镀有不同厚度Ni层的Ni-CNTs/AZ91D镁基复合材料中的热残余应力分布,研究了Ni层厚度与Ni-CNTs/AZ91D复合材料中热残余应力的关系。发现在碳纳米管表面镀镍能够明显降低Ni-CNTs/AZ91D复合材料中的热残余应力;在Ni-CNTs/AZ91D复合材料中,热残余应力在Ni层厚度为6 nm时最小,Ni层厚度由2 nm增加到6 nm时,热残余应力随着Ni层厚度的增加而减小;当Ni层厚度超过6 nm时热残余应力随着Ni层厚度的增加而增大。对于铸造AZ91D镁合金材料,在试验的基础上,采用先进的显式动力学有限元方法模拟了AZ91D镁合金板材在不同变形温度和压边力条件下的成形情况。进而研究不同条件下AZ91D镁合金板材的拉深成形性能,研究发现AZ91D镁合金板材热拉深成形的适宜温度为250℃;对于厚度为1mm的AZ91D板材,热拉深成形的适宜压边力为5 8kN。研究获得了Ni-CNTs/AZ91D复合材料中的最佳镍层镀覆厚度和AZ91D镁合金板材拉深成形的最佳工艺参数,为制备性能更加优良的Ni-CNTs/AZ91D复合材料和镁合金板材拉深成形提供了指导。以期能够指导生产实践,减少人力和物力的耗费。