SiCP/6061Al合金复合材料高温时相关棘轮行为的数值模拟

基于颗粒增强金属基复合材料的单球形颗粒模型和轴对称二维6节点三角形单元, 利用ABAQUS对T6热处理后的两种体积分数的SiC_P/6061Al合金复合材料的高温(300℃)单轴拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟。在有限元模拟中, 对基体采用了新发展的、 能够合理描述材料棘轮行为的黏塑性循环本构模型。数值模拟表明: 本文中建立的有限元分析模型对颗粒增强金属基复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性得到了较为合理的描述, 模拟结果与实验吻合较好。模拟结果同时还揭示了复合材料内循环变形行为在细观层次上的不均匀性和复杂性。      

考虑界面结合的SiCP/6061Al 复合材料时间相关棘轮行为的三维有限元分析

采用多颗粒三维单胞模型和复合材料细观有限元分析方法,借助先进循环黏塑性本构模型的有限元实现,对SiC颗粒增强6061Al复合材料的室温、高温时间相关单轴棘轮行为进行数值模拟。讨论了颗粒排列方式和界面结合状态的变化对复合材料棘轮行为的影响;同时,分析了复合材料中基体和界面的微观变形特征及其演变规律;最后,选取一组合理的微结构参数,对复合材料的时间相关棘轮行为进行了数值模拟,并通过与已有实验结果的比较,检验了有限元分析的合理性。结果表明：多颗粒代表性体积单元能够反映复合材料更多的微观细节;颗粒排列方式的变化显著影响复合材料的整体棘轮行为;界面结合状态越好,产生的棘轮变形越小;具有合理参数值的弱界面模型给出的时间相关棘轮变形预测结果比完好界面模型的结果更接近实验值。     

界面性能对SiCp/6061Al复合材料棘轮行为的影响

利用复合材料细观有限元分析方法,对SiC颗粒增强6061Al合金复合材料的单拉行为、单轴棘轮行为进行数值模拟。模拟中讨论了耦合自由边界、界面结合状态对复合材料棘轮行为的影响;同时,分析了基体和界面的微观变形特征及其演变规律。选取1组合理的微结构参数,对复合材料的棘轮行为进行数值模拟,并通过与实验结果的比较,检验有限元模型的合理性。结果表明：耦合边界很大程度改善了模拟结果;界面结合状态越好,即界面弹性模量、屈服强度和硬化模量越高,产生的棘轮变形越小;具有合理参数值的弱界面模型给出的棘轮变形预测结果比完好界面模型的结果更接近于实验值。     

颗粒性态的随机性对SiCP/6061Al复合材料棘轮行为影响的有限元分析

采用复合材料细观有限元分析方法,并借助先进循环塑性本构模型的有限元实现,对颗粒性态的随机性对SiC颗粒增强6061Al复合材料棘轮行为的影响进行了有限元数值模拟。采用随机序列吸附方法(RSA)生成各种多颗粒随机分布的模型,探讨了颗粒分布方式、数目、形状和大小以及各自的随机性对复合材料棘轮行为的影响。研究发现:颗粒尺寸越小、数目越多、分布在基体表面的比例越大,颗粒的增强效果越好;颗粒的大小和空间位置分布越均匀,复合材料抗循环变形的能力越强;球形颗粒和均匀分布的假设可以得到很好的模拟结果。     

颗粒形状对复合材料单轴棘轮行为及其细观塑性变形特征的影响

在细观有限元模型基础上 , 利用 ABAQUS有限元程序对具有不同颗粒形状(球形、 立方体、 短棱柱和短圆柱)的 SiC P/ 6061Al 合金复合材料的单调拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟 , 讨论颗粒形状对复合材料棘轮行为的影响。 结果表明: 颗粒形状对复合材料的弹性模量、 单拉行为和单轴棘轮行为均有较大影响。 在所讨论的几种颗粒形状中 , 球形颗粒的增强效果最弱 , 抵抗棘轮变形的能力最差 ; 不同短棱柱颗粒的增强效果与其拥有的棱边数有关 , 即五棱柱颗粒的增强效果最好 , 然后随棱边数的增加逐渐下降 , 最后接近于短圆柱形颗粒。通过有限元分析结果讨论了不同颗粒形状下基体的细观塑性变形特征及其演化规律 , 这些结果有助于分析该类复合材料损伤和失效机制。      

1Cr18Ni9不锈钢高温单轴时相关棘轮行为研究

在室温、250℃、500℃和650℃四种温度下对1Cr18Ni9不锈钢材料的单轴应变循环特性及其时相关棘轮行为进行了实验研究,以讨论不同加载速率、加载波形和峰值应力保持时间对材料棘轮行为的影响。实验结果表明:在室温下,材料呈现出弱的循环软化特性和渐进型棘轮变形行为,并对加载速率和峰值应力保持时间具有强烈依赖性;在250℃、650℃下,因材料的循环硬化加快而使其棘轮行为较快趋于安定,但棘轮变形大小仍一定程度依赖于加载速率和保持时间;在500℃温度下则由于动态应变时效的影响没有明显的棘轮行为发生。研究得到一些有助于后续建立时相关本构模型的结论。     

增强体SiCP对SiCP/Al复合材料腐蚀行为的影响

通过周期浸润腐蚀实验研究了不同SiC颗粒尺寸(70、90、140、220μm)和不同SiC颗粒体积分数(42%、49%、55%)的SiC_P/Al复合材料在酸性环境中的腐蚀行为。采用失重法、金相显微镜、X射线衍射仪以及扫描电镜分别计算腐蚀速率、观测微观组织、分析腐蚀产物的物相组成以及观察表面形貌。结果表明：腐蚀前期,SiC_P/Al复合材料的耐腐蚀性能随着颗粒尺寸的减小而降低,腐蚀中后期,耐蚀性能随着颗粒尺寸的减小反而有一定程度的提高;SiC颗粒的存在一方面促进了点蚀的成核,另一方面又打断了基体的连续性,改变了点蚀的生长方式,抑制了点蚀的进一步扩展;SiC_P/Al复合材料的耐腐蚀性能随着颗粒体积分数的提高而降低,其腐蚀产物主要为氧化铝和非晶态硫酸铝化合物。     

玻璃长纤维增强树脂基复合材料的单轴时间相关棘轮行为实验研究

对玻璃长纤维增强树脂基复合材料(玻璃纤维体积分数为40%、50%)的室温单轴时间相关棘轮行为进行了较系统的单轴应力循环实验研究,讨论了该类复合材料在不同循环加载条件下的棘轮变形特征。结果表明：该类复合材料在非对称应力循环下将产生一定的棘轮变形,棘轮应变值随外加的应力幅值和平均应力的增加而增加;玻璃长纤维的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力明显强于未增强树脂基体材料,复合材料的棘轮变形量随玻璃长纤维含量的升高而下降;在室温下,复合材料的棘轮行为也具有明显的时间相关特性,棘轮应变值依赖于应力加载速率和峰值保持时间,随应力加载速率的下降和峰值保持时间的增加明显增加。     

玻璃短纤维增强树脂基复合材料的单轴时间相关棘轮行为实验研究

对玻璃短纤维增强树脂基复合材料(短纤维体积分数：28%,40%)的室温单轴循环棘轮行为进行了实验研究,讨论了复合材料在不同加载条件下的棘轮变形特征。结果表明：该复合材料在宏观层次上表现出与基体相类似的棘轮变形规律,即在非对称应力循环下也将产生明显的棘轮变形,并随应力幅值和平均应力的增加而增加;树脂基复合材料的棘轮行为具有明显的时间相关特性,棘轮应变值依赖于应力率和峰值保持时间。在建立玻璃短纤维增强不饱和聚酯树脂基复合材料棘轮行为的本构模型时必须考虑基体的黏性变形特征。     

SiCP/Al复合材料的拉伸性能

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC_P/Al)复合材料的拉伸强度进行了试验研究。发现在较高应力水平下经过2次卸载的试件与未做卸载的试件相比,拉伸强度变化很小,说明加载-卸载过程对材料的拉伸强度影响不大。在试验研究的基础上,使用ANSYS软件建立了有限元模型,对SiC_P/Al复合材料的拉伸特性进行了仿真模拟。研究结果表明,低体积分数SiC_P/Al复合材料的力学性能更接近塑性材料;而高体积分数SiC_P/Al复合材料的力学性能则接近于脆性材料。拉伸强度模拟计算误差非常小,基体破坏是导致高体积分数SiC_P/Al复合材料破坏的主要因素。     

高体积分数SiCP/ Al 复合材料电子封装盒体的制备

采用注射成型方法制备了SiC_P封装盒体的预成型坯, 用压力浸渗方法将熔融铝浸渗到SiC_P封装盒体的预成型坯中, 制备出含SiC_P体积分数为65 %的SiC_P / Al 复合材料的封装盒体。SEM 观察表明, 经过压力浸渗后SiC_P / Al 复合材料组织均匀且致密化高, 室温热膨胀系数为8. 0 ×10-6 / K, 热导率接近130 W/ (m·K) , 密度为2198 g/ cm3 , 能够很好地满足电子封装的要求。      

Fabrication of an electronic package box of SiCP/Al composites with high volume SiCP

In this paper, a SiC_P preform was prepared by Powder Injection Molding (PIM), and the melting aluminum was injected into the SiC_P preform by the pressure infiltration method to manufacture an electronic package box of SiC_P (65%)/Al composites. SiC_P (65%)/Al composite prepared by pressure infiltration has full density and a homogeneous microstructure. The relative density of the composite is higher than 99%, the thermal expansion coefficient and thermal conductivity of the composite are 8.0×10⁻⁶/K and nearly 130 W/(m · K) at room temperature, respectively, which meet the requirements of electronic packaging. Translated from Journal of Acta Materiae Compositae Sinica, 2006, 23(6): 109–113 (in Chinese)     

冲击剪切载荷下SiCP/6151Al复合材料变形局部化及增强颗粒尺寸效应

利用特殊设计的"hat shape"试样,在分离式Hopkinson压杆和MTS通用材料试验机上实验研究了颗粒尺寸和应变率对颗粒增强金属基复合材料(SiC_P/6151Al)变形局部化行为的影响。结果表明:颗粒尺寸对复合材料的变形强化与变形局部化行为有显著影响。具体表现为:颗粒越小,复合材料流动应力越高,即强化效果越好;另一方面,对受载试样的微观检测发现,颗粒越小,复合材料剪切变形局部化越明显。同时发现,冲击载荷(高应变率)下复合材料更容易发生变形局部化。