SiC泡沫/Al双连续相复合材料性能的数值模拟

论文摘要

双连续相复合材料是一种新型多功能材料,它具有两种组元均在三维空间连续分布的特殊结构,除了保留了高硬度的增强体和高韧性的基体各自的性能优点,还具有更为独特的力学、热学、抗摩擦磨损和减震性能,而且具备性能的各向同性,使它用作抗摩擦磨损材料、高阻尼减震材料、耐高温结构材料、电子封装材料等在技术上已成为可能,进一步的开发和应用将带来巨大的经济效益和社会效益。本文研究了3D-体心立方、Kelvin、Gibson-Ashby三种模型用于泡沫材料模拟计算时的准确度,最终选用最接近泡沫材料真实形貌的Kelvin模型作为增强体结构。采用合理的网格划分方式,应用ANSYS有限元分析软件完成了SiC/Al双连续相复合材料有限元模型的建立,实现了复合材料力学、热学性能数值模拟过程,分析了增强体体积分数,骨架表面粗化程度,压缩速度等因素对复合材料性能的影响。模拟结果表明,双连续相复合材料的应力分布和大小与它特殊的结构相关;与传统的颗粒增强金属基复合材料相对比,双连续相复合材料表现了更高的承载能力;组元在复合材料中所占的比例是影响材料的强度的因素之一;增强体表面的粗化使材料具有不同的抗压性能和抗弯性能,且导致材料内部金属流动轨迹存在差异;快速的外界压缩速度将加剧双连续相复合材料的破坏速度;增强体和基体不同的热物性参数和结构影响了它的热传导和热应力的分布。数值模拟技术可用于材料科学的研究,结果表明模拟数据与实验数据相吻合,模拟结果真实有效,可作为解决实际工程问题的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 双连续相复合材料的发展现状
• 1.2.1 双连续相复合材料的概述
• 1.2.2 双连续相复合材料的主要性能
• 1.2.3 双连续相复合材料的制备工艺
• 1.3 课题的提出
• 1.3.1 研究的意义
• 1.3.2 研究的不足和发展趋势
• 1.3.3 本课题研究的内容
• 1.3.4 研究路线和方法
• 第二章 双连续相复合材料有限元模型的建立
• 2.1 有限元法概述及有限元软件的选择
• 2.1.1 有限元法产生的历史
• 2.1.2 有限元法的基本思想
• 2.1.3 有限元的程序结构及特点
• 2.1.4 有限元软件的选用
• 2.2 模型的建立
• 2.2.1 物理模型的建立
• 2.2.2 实体模型的建立
• 2.2.3 有限元模型的建立
• 2.3 小结
• 第三章 双连续相复合材料的力学性能
• 3.1 前言
• 3.2 泡沫材料的数值模拟结果与分析
• 3.2.1 冲击性能
• 3.2.2 压缩性能
• 3.3 双连续相复合材料的数值模拟结果与分析
• 3.3.1 双连续相复合材料的应力分析
• 3.3.2 对比双连续相复合材料与颗粒增强复合材料
• 3.4 体积分数对双连续相复合材料性能的影响
• 3.4.1 应力-应变曲线
• 3.4.2 双连续相复合材料本构模型描述
• 3.5 骨架表面粗化改善复合材料的力学性能
• 3.5.1 骨架表面粗化对复合材料的力学性能的影响
• 3.5.2 骨架表面粗化对金属变形流动行为的影响
• 3.6 压缩速度的影响
• 3.7 小结
• 第四章 双连续相复合材料的热学性能
• 4.1 前言
• 4.2 传热的基本方式
• 4.3 双连续相复合材料热分析的关键点
• 4.4 双连续相复合材料的热-结构耦合分析
• 4.4.1 双连续相复合材料温度场分布
• 4.4.2 双连续相复合材料的热-结构耦合分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢