颗粒对铝基复合材料热残余应力的影响

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料制备冷却后的热残余应力进行了数值模拟,建立平面应力单颗粒及多颗粒复合材料几何模型,研究了颗粒形貌及体积分数对复合材料热残余应力的影响。结果表明,复合材料中颗粒和基体的界面附近存在较大的热残余应力,球形颗粒模型热残余应力比方形颗粒模型热残余应力小,多颗粒模型中应力分布较复杂,复合材料热残余应力随颗粒体积分数增加而增大。     

颗粒增强铁基复合材料热残余应力的有限元分析

由于增强相颗粒和基体间热膨胀系数(CTE)存在差异,颗粒增强铁基复合材料在其制备和热处理过程中,会在颗粒和基体的边界结合处产生热残余应力。利用单颗粒增强轴对称单胞模型,针对不同形状的增强相颗粒,在ANSYS软件中了进行热-结构耦合分析,模拟了不同颗粒形状的单胞模型的热残余应力场。结果表明:立方形颗粒由于尖角的存在,使其模型中产生极端应力集中现象应力,椭球颗粒能缓解应力集中现象,球形颗粒模型的应力分布均匀。     

SiC颗粒增强铜基复合材料热残余应力的数值模拟

利用有限元方法建立轴对称模型分析了SiC颗粒尺寸、体积分数以及温度对铜基复合材料热残余应力的影响.结果表明,随温度的升高,残余应力很快增大;随SiC颗粒尺寸和体积分数的增大,残余应力均呈增大趋势.基体受残余拉应力,颗粒受残余压应力,在结合界面处存在最大残余拉应力.     

颗粒增强镁基复合材料热残余应力及其对宏观力学性能的影响

采用有限元方法对Si CP/AZ91复合材料制备后的热残余应力进行了数值模拟,建立了平面应力多颗粒随机分布的几何模型,研究了颗粒形状对该复合材料热残余应力的影响。通过简化模型,研究了受静态外力载荷时复合材料内部的热残余应力场变化。同时利用Taylor非局部应变梯度塑性理论和有限元法相结合,研究了热残余应力、颗粒形状及颗粒尺寸效应对颗粒增强金属基复合材料拉伸变形行为的影响。同时还说明了热残余应力对基体塑性变形的影响过程。     

SiC对SiC/6066铝基复合材料挤压过程力学行为的影响

利用有限元方法分析了SiC颗粒在不同形状、体积分数时对Al基复合材料挤压过程力学行为的影响,并对试样进行了拉伸试验。结果表明,随着SiC颗粒角度减小,颗粒的应力很快增大,基体的应变呈增大趋势;随SiC颗粒体积分数的增大,颗粒的应力、基体的应变以及该复合材料的弹性模量及屈服强度呈增大的趋势。     

光学级SiCp/Al复合材料尺寸稳定性研究

本文采用冷热循环法测试SiCp/Al复合材料的尺寸稳定性,分析了不同因素对复合材料尺寸稳定性的影响,并探讨了复合材料尺寸稳定性的影响机理。研究表明SiCp/Al复合材料中增强颗粒形状越规则,尺寸稳定性越好;颗粒粒径越大,尺寸稳定性越好;冷却速度越慢,尺寸稳定性越好。热残余应力的和是影响复合材料尺寸稳定性的主要因素,热残余应力越小,尺寸稳定性越好,反之,尺寸稳定性越差。     

颗粒增强铁基复合材料拉伸应力场数值分析

采用有限元方法分析了颗粒增强铁基复合材料强度和应力与颗粒形状、尺寸以及体积分数的关系。结果表明，颗粒尖锐化会导致颗粒尖端应力集中和基体内的应变集中。同时，颗粒长径比增大，颗粒的应力集中也增大；颗粒尺寸减小和体积分数增加都有助于提高复合材料的强度。     

几何特征对SiC颗粒增强Al基复合材料力学行为的影响

利用有限元方法建立三维模型分析SiC颗粒在不同形状、不同体积分数和不同尺寸时对Al基复合材料力学行为的影响,并进行拉伸试验研究.结果表明,颗粒形状比颗粒尺寸和颗粒体积分数对材料的应力、应变分布及材料韧性的影响大.颗粒尖角附近有严重的应力集中现象,在外力方向上颗粒端部附近的基体上的应变也有集中现象.随颗粒角度的减小,颗粒的应力很快增大而韧性减小,材料的弹性模量有增大的趋势.随颗粒体积分数的增大,颗粒的应力有减小趋势,材料的弹性模量呈增大趋势.颗粒尺寸较小时(平均尺寸为5 μm),颗粒尺寸对材料的应力及应变的影响小.     

TiC颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能

利用伺服式疲劳实验机和杆一杆型冲击拉伸实验机对TiC颗粒增强钛基复合材料TP650和基体钛合金的静动态力学性能进行研究,得到不同应变率下复合材料的应力一应变曲线.结果表明,复合材料和基体材料的屈服应力均随应变率的增加而提高,属于应变率敏感材料;TP650的破坏形式以颗粒附近基体的撕裂以及颗粒与基体合金的脱粘为主,几乎没有发生颗粒破碎现象.假设复合材料的微观结构为非均质单胞在空间的周期性重复排列,利用有限元软件对钛基复合材料的静动态力学性能进行数值模拟研究,计算结果与实验结果吻合良好.进一步通过数值模拟预测了颗粒形状和颗粒体积分数的变化对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响.     

ZTAp/HCCI复合材料热处理条件下的界面残余热应力

基于ANSYS有限元模拟,采用随机分布,建立了不同体积分数(10％、15％、20％、30％)、不同界面过渡区厚度(0、10、20、50和100μm)的ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料模型.结合实验,研究了不同复合材料热处理后的残余应力分布.结果 表明:复合材料界面过渡区域的存在能够降低界面残余热应力.随着界面过渡区尺寸的增加,残余热应力呈现先增大后减小的趋势.颗粒体积分数低时,界面过渡区对复合材料残余热应力影响作用大;颗粒体积分数高时,ZTA颗粒对复合残余应力起主要影响作用.     

颗粒几何特征对SiC颗粒增强Al基复合材料力学行为的影响

利用有限元方法建立二维模型分析了不同外力下SiC颗粒形状及其尺寸对Al基复合材料力学行为的影响.结果表明,颗粒形状对材料的应力和应变分布的影响很大,颗粒尖角附近的应力和外力方向上基体相应位置的应变均有严重的集中现象.随颗粒角度的减小和外力的增大,颗粒的应力和基体的应变均很快增大.颗粒尺寸较小时,对颗粒的应力的影响小.     

SiCp/AZ61镁基复合材料的热膨胀性能研究

采用高能超声方法制备了SiCp增强镁基复合材料。论述了增强体、温度、增强体颗粒尺寸、增强体体积分数等对镁基复合材料热膨胀性能的影响。结果表明,增强体的加入可以减小镁基复合材料的热膨胀系数,镁基复合材料的热膨胀系数随温度的变化而变化,增强体的颗粒尺寸越小、体积分数越高,镁基复合材料的热膨胀系数就越小。     

SiC_P/Al复合材料导热性能研究

采用铝液无压浸渗工艺制备了SiCP/Al复合材料,研究了基体金属、颗粒粒径、颗粒体积分数、颗粒形貌对复合材料导热性能的影响。结果表明,以ZL101为基体的该复合材料的热导率高于以纯铝1060为基体的热导率,以纯铝1060为基体的SiCP/Al复合材料存在Al4C3。SiCP/Al复合材料的热导率随SiC颗粒粒径增大而增大,而颗粒体积分数越高,复合材料的热导率越低。近球形SiC颗粒增强复合材料的热导率高于不规则形颗粒增强复合材料的热导率。     

纤维增强金属基复合材料中轴向热残余应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,通过显微复合材料模型,系统地分析了纤维直径、TiC 中间层厚度、纤维体积分数和制备温度等因素对SiC纤维增强Cu基复合材料轴向热残余应力的影响特征.结果表明,纤维直径的变化并不影响热应力的人小,但直径越小应力梯度越大;TiC中间层的厚度变化对自身及基体中的应力影响较小:但制备温度的变化对TiC层中的热应力影响较大;纤维体积分数的变化对纤维和基体中的热应力也有着非常显著的影响.     

真空压力浸渗制备CF/Al复合材料热收缩与残余应力数值模拟与实验研究

针对连续碳纤维增强铝基复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟与热性能试验结合的方法,研究了真空压力浸渗制备过程中的热收缩行为和热残余应力分布。结果表明,复合材料的横向热收缩应变量远大于轴向热收缩应变量,且具有横观各向同性,纤维随机分布的单胞有限元模型能够准确地预测复合材料轴向与横向热收缩行为曲线;复合材料制备完成后纤维和基体合金分别处于压应力和拉应力状态,基体和纤维的横向残余应力均小于其轴向残余应力,且均表现出横观各向同性;基体合金在轴向残余拉应力作用下会出现不同程度的损伤现象,特别是纤维间距较小部位过高的残余应力会引发界面的局部失效,从而不利于发挥复合材料承载性能,减少纤维局部偏聚是进一步改善提高复合材料力学性能的重要技术手段。     

SiCp／LD2复合材料的微区力学性能

用ＵＭＨＴ３ 型超显微硬度仪测试ＳｉＣｐ／ＬＤ２ 复合材料界面附近基体中的硬度值, 结果表明,由于热膨胀系数差异, 复合材料中的热残余应力超过基体的屈服极限, 导致界面附近基体内存在热残余应变, 并使基体应变硬化, 因而超显微硬度值的变化可以反映热残余应变的分布状况。界面附近基体的超显微硬度随颗粒尺寸、距界面的距离和颗粒的尖锐程度而变化, 与有关复合材料中热残余应变分布的计算结果吻合。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的微屈服行为研究

采用无压渗透法制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料，探讨了基体材料、增强相尺寸、增强相体积分数、热处理工艺等对其微屈服行为的影响。结果表明：在其它条件不变的情况下，随着增强体颗粒尺寸的减小、增强体体积分数的增大，复合材料的微屈服抗力逐渐增大，有较好的微屈服行为。通过选择适当的基体材料、合理的热处理工艺来提高基体强度，可使复合材料的微屈服抗力增大。     

颗粒尺寸对TiC/AZ91镁基复合材料力学性能的影响

建立了TiC/AZ91镁基复合材料的三维有限元模型,通过ABAQUS有限元软件研究了拉伸过程中TiC增强颗粒尺寸对TiC/AZ91镁基复合材料力学性能的影响。结果表明:对于单一尺寸颗粒TiC/AZ91镁基复合材料,TiC颗粒的失效比随着TiC颗粒尺寸的减小而增大,复合材料的屈服强度随着TiC颗粒尺寸的增大而减小;对于混杂尺寸颗粒的TiC/AZ91镁基复合材料,复合材料所受最大应力分布在该材料的小尺寸颗粒处,小尺寸颗粒所占比例越大,颗粒失效比越高。     

循环热处理对喷射沉积Al-27%Si合金组织和性能的影响

采用喷射沉积技术制备Al-27%Si(质量分数)合金,研究循环热处理对其组织、残余应力和力学性能的影响。采用Ansys有限元模拟结合X射线检测评估Al-27%Si合金残余热应力的分布和大小。结果表明,喷射沉积Al-27%Si合金由均匀细小的初晶Si和α-Al基体组成,初晶Si的尺寸随热循环温度升高和次数增加而增大。Ansys有限元模拟结果显示喷射沉积Al-27%Si合金增强体Si颗粒受径向拉应力,Al基体受径向压应力,平均残余热应力为121 MPa,小于X射线法测的平均残余应力131.7 MPa。Al-27%Si合金屈服强度与残余热应力、Si相形貌和大小有关。循环热处理后,当Si相形貌和尺寸相当时,材料的屈服强度随残余热应力的降低而升高;当Si相尺寸随热循环增大时,在残余应力相当的情况下材料的屈服强度降低。     

有限元模拟SiC增强Al基复合材料的力学行为

采用有限元方法和轴对称单胞模型模拟了增强体(SiC)形状、体积分数以及不同基体类型对铝基复合材料力学行为的影响。模拟结果表明:增强体的加入会阻碍基体的塑性流变,使基体内发生非均匀变形,在增强体尖角处出现应力集中;椭圆柱形增强体对基体塑性变形的阻力最大,传递载荷的能力最强,因此强化效果最好。在一定范围内,随着增强体体积分数的增加,基体与增强体之间的比表面积增大,有利于载荷的传递;增强体体积分数的增加导致颗粒间距减小,几何必须位错自由运动的路径减少,复合材料的强度也随之增加。此外,不同类型基体自身的塑性流变能力不同,Al-Zn-Mg基体强度最高,在拉伸变形过程中,受到增强体的阻碍作用最大,会有更多的载荷从基体传递到增强体,以Al-Zn-Mg为基体的复合材料的强度最高。