| 颗粒增强金属基复合材料参数化建模研究 |
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| 引用本文： | 信振洋,王悦,苗文成,陈华辉. 颗粒增强金属基复合材料参数化建模研究[J]. 矿业科学学报, 2020, 5(1): 86-95 |
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| 作者姓名： | 信振洋 王悦 苗文成 陈华辉 |
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| 作者单位： | 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京100083 |
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| 摘 要： | 颗粒增强金属基复合材料具有复杂的细观结构,几何模型的构建一直是研究其力学性能 的一个难点。 通过ABAQUS软件的Python语言接口,完成颗粒增强金属基复合材料复杂细观模 型的参数化建模,并封装为插件,可实现轴对称单胞、三维周期性单胞和颗粒随机分布代表性体 积单元模型的参数化建模。 分析了氧化锆增韧氧化铝颗粒(ZTA)的形貌、体积分数、界面结合性 能等因素对氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基复合材料(ZTAp/Fe45)力学性能的影响。 结果表 明,不规则多面体颗粒对复合材料弹性模量的增强作用大于球状颗粒,其不规则的形貌特点造成 了复合材料内部更易出现应力集中现象。 ZTA颗粒体积分数的增加,使得ZTAp/Fe45 复合材料 弹性模量呈现上升的趋势,说明增强颗粒的加入可有效地提升复合材料的弹性模量。 在低界面 模量的情况下,界面结合性能的改善可显著地提升复合材料的弹性模量,当界面模量达到基体模 量后,继续提高界面弹性模量对复合材料弹性模量的提升作用逐渐趋缓。
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| 关 键 词： | 颗粒增强复合材料 代表性体积单元 有限元方法 氧化锆增韧氧化铝 参数化建模 |
Parametric modeling of particle reinforced metal matrix composites |
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| Affiliation: | SchoolofMechanicalElectronic&InformationEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology-Beijing,Beijing100083,China |
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| Abstract: | Particlereinforcedmetalmatrixcompositeshavecomplexmeso-structure.Theconstructionof itsgeometricmodelisachallengingworkintheresearchofitsmechanicalproperties.ThroughthePythonlanguageinterfaceoftheABAQUSsoftware,theparametricmodelingofthecomplexmesoscopic modelofparticlereinforcedmetalmatrixcompositeswasrealizedandencapsulatedintoaplug-in.The plug-incanconstructtheaxisymmetricunitcellmodel,thethree-dimensionalperiodicunitcellmodel andtherandomlydistributedrepresentativevolumeelementmodel.Theeffectofzirconiatoughenedaluminaparticles(ZTA)onthemechanicalpropertiesofzirconiatoughenedaluminaparticlesreinforcedironmatrixcomposites(ZTAp/Fe45)wasanalyzed.Theresultsshowsthatthestrengtheningeffectofirregularpolyhedralparticlesontheelasticmodulusofthecompositeswasgreaterthanthatofspherical particles.However,theirregularmorphologyofZTAresultedinmorestressconcentrationinthecomposites.WiththeincreaseofZTAparticlevolumefraction,theelasticmodulusofZTAp/Fe45compositesshowsanupwardtrend,whichindicatesthattheelasticpropertiesofcompositescanbeeffectivelyimprovedbyaddingreinforcedparticles.Inthecaseoflowinterfacialmodulus,theimprovementofinterfacialbondingpropertiescansignificantlyimprovetheelasticmodulusofcomposites.Aftertheinterfacial modulusreachesthematrixmodulus,theeffectofincreasinginterfacialmodulusontheelasticmodulus ofcompositesgraduallyslowsdown. |
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