三维角联锁机织铝基复合材料制备残余应力细观力学分析

针对三维角联锁机织纤维增强铝基复合材料,通过细观力学数值模拟与实验结合的方法,研究制备降温热收缩变形行为、残余应力分布及其对组元材料的影响。结果表明：复合材料宏观热收缩应变的计算曲线与实验曲线吻合较好,制备完成后基体合金主要处于残余拉应力状态,最大残余拉应力(266.6 MPa)出现在纱线附近的基体合金区域内,而经纱和纬纱均处于残余压应力状态,且最大残余压应力主要出现在经纱部分;不均匀分布的残余应力使得纱线周围的基体合金和界面区域出现不同程度的损伤,经纱与纬纱搭接区域的基体合金损伤程度较大并出现局部的界面失效现象;增大纬纱的层间距或减小经纱的层间距,有助于降低复合材料内部残余拉应力和压应力水平。     

加压浸渗工艺制备CF＼Al复合材料的研究

对加压浸渗工艺制备ＣＦ／Ａｌ复合材料进行了探讨,通过选择合适的工艺参数进行试验,获得了具有良好复合效果的ＣＦ／Ａｌ复合材料,在此基础上,进一步对ＣＦ／Ａｌ复合材料的显微组织,力学性能的断裂特征进行了研究。     

低温循环过程中SiCw／6061Al复合材料残余应力的变化规律

研究了低温循环过程中压铸态ＳｉＣｗ／６０６１Ａｌ复合材料残余应力的变化零乱低温循环的降温阶段,复合材料基体经历错配拉伸塑性变形过程在升温阶段基体国卸载过程。经过一次低温循环后,残余应力有所降低。如果进行两次低循环自理只有当第二次循环下降温度低于第一次时,才能再次降低复合材料残余应力。     

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。     

振动时效对SiCW／Al复合材料热残余应力及拉伸强度的影响

通过施加循环载荷,研究振动时效对20％（体积分数）SiCW/6061Al复合材料热残余应力增大热残余应力单调下降,但复合材料拉伸强度与循环上限与下限之间并非是单调关系,选择适当循环上限应力可以获得最高拉伸强度。当循环上限应力超过一定程度后,振动处理会对复合材料界面造成一定损伤。     

连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的研究进展

综合论述了连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的分析方法如：X射线衍射和中子衍射方法、剥层法、基片弯曲法以及选择基体腐蚀法等，以及热残余应力对复合材料力学性能的影响。就热残余应力的影响因素总结了人们在降低复合材料热残余应力方面所作的各种努力，在此基础上指出了当前研究存在的缺陷和今后的发展方向。     

颗粒增强金属基复合材料热残余应力研究进展

本文综述了颗粒增强金属基复合材料热残余应力的国内外研究进展,分析了颗粒增强金属基复合材料中热残余应力的产生及影响因素,介绍了金属基复合材料残余热应力的解析模型和有限元模型等理论模型及测量方法。     

SiO2f/SiO2复合材料与金属铌环形钎焊接头的残余应力数值模拟

对陶瓷基复合材料SiO_2f/SiO₂与金属铌环形钎焊接头的残余应力进行了有限元数值模拟.结果表明,接头存在较大的径向拉应力σ_y和周向界面剪切应力τ_yx,其峰值分别为1 047 MPa和329 MPa.靠近焊缝的SiO_2f/SiO₂中存在应力集中,因而在焊后冷却过程容易首先破坏.在SiO_2f/SiO₂连接面表层加工沟槽可有效缓解残余应力,σ_y和τ_yx峰值分别降低到731 MPa和230 MPa.与不开槽钎焊比较,在靠近焊缝界面的SiO_2f/SiO₂侧表层,开槽钎焊使σ_y从200 MPa降至81 MPa、τ_yx从230 MPa降至53 MPa.陶瓷被焊表面开槽之后再钎焊填入钎料所引起的应力缓解,对于避免开裂、提高接头强度及可靠性十分有利.     

气压浸渗法制备Al2O3短纤维增强铝基复合材料

利用自行设计的试验装置采用气压浸渗法成功制备出Al2O3短纤维增强铝基复合材料,对金相组织和硬度进行了分析,得出了温度、体积分数、压力对浸渗的影响结果.证明了气压制备短纤维铝基复合材料的可行性.     

WC_p/2024Al复合材料热学性能研究

利用粉末冶金法制备了WC颗粒体积分数分别为8%、11.8%、16.7%的WCp/2024Al复合材料,采用扫描电子显微镜、热膨胀分析仪、热导率测试仪等多种手段研究不同WC体积分数、挤压比和热处理对复合材料热膨胀系数（CTE）、热导率和微观结构的影响。结果表明：复合材料的热膨胀系数随WC体积分数的增大而明显降低,随挤压比的增大而提高,经过T4态热处理后,复合材料内应力的降低和第三相的析出导致其热膨胀系数降低,热膨胀系数的实测值与kermer模型的计算值相近。复合材料的热导率随WC体积分数的增大而降低。     

振动时效对SiC_W/Al复合材料热残余应力及拉伸强度的影响

通过施加循环载荷 ,研究振动时效对 2 0 % (体积分数 )SiCW/ 6 0 6 1Al复合材料热残余应力及拉伸强度的影响。结果表明 ,随着循环上限应力增大热残余应力单调下降 ,但复合材料拉伸强度与循环上限应力之间并非是单调关系 ,选择适当循环上限应力可以获得最高拉伸强度。当循环上限应力超过一定程度后 ,振动处理会对复合材料界面造成一定损伤。     

高比例SiCp/Al复合材料热循环累积残余应变

研究了高比例大尺寸SiCp／Al复合材料于不同颗粒尺寸、基体、预处理类型及热循环次数情况下在热循环过程中的累积残余应变(εcr)。结果表明：(1)复合材料相对基体具有更小的εcr，并随着增强颗粒尺寸变大，其εcr逐渐变小；(2)通过选择合适的基体及加入适当量合金元素可以获得具有较低εcr的高比例颗粒增强铝基复合材料；(3)适当的预处理可以显著降低材料的εcr，从而提高其尺寸稳定性；(4)随着热循环次数的增加，复合材料的εcr趋于平稳。     

LaMgAl11O19热障涂层退火过程残余热应力分布及涂层热稳定性的数值模拟

目的 研究退火过程中La Mg Al₁₁O₁₉热障涂层内部残余热应力的分布情况及其对热障涂层热稳定性的影响机理。方法 基于等离子喷涂制备的La Mg Al₁₁O₁₉/YSZ双热障涂层物理模型,采用Abaqus建立数值仿真模型,通过温度位移耦合计算,系统分析不同退火温度下LaMgAl₁₁O₁₉热障涂层内部残余热应力的分布情况。通过扫描电镜,观察退火前后涂层表面及断面的微观组织形貌。根据数值模拟结果及涂层SEM图像,分析残余热应力对LaMgAl₁₁O₁₉热障涂层热稳定性的影响,探究引起涂层裂纹损伤失效的影响因素。结果 数值模拟结果显示,La Mg Al₁₁O₁₉热障涂层内部的残余热应力以径向应力为主,其值远大于轴向应力及剪切应力。退火中,径向残余热应力在径向距离0～2.4mm内缓慢增长到最大值,而在x=2.4mm至径向边缘范围内急剧降低。退火后,在涂层径向边缘位置出现应力集...     

连续SiC纤维增强Ti基复合材料中的纵向残余热应力分析

提出两种易于实现的方法--钛合金基体腐蚀去除法和基体残余应变不平衡法,测试体积分数为0.3的SiC纤维增强Ti基复合材料中的残余热应力.这两种方法测试结果比较接近:基体中的残余热应力分别为293 MPa和281 MPa,纤维中残余热应力分别为684 MPa和657 MPa.计算得出了制备SiCf/Ti时产生残余热应力的起始温度为704 ℃.     

不锈钢表面渗铝层/ZrO2复合涂层残余应力模拟

目的 研究不同制备工艺参数对渗铝层/ZrO2复合涂层残余应力的影响。方法 采用ANSYS 18.1软件中的Workbench模块,采用热力耦合的方法,对沉积过程中不同制备工艺参数下产生的残余应力进行数值模拟。结果 保温时间由2 h增长至5 h,等效应力由895 MPa减小至862 MPa。沉积温度由400 ℃升高至700 ℃,等效应力由541 MPa增加至999 MPa。ZrO2层厚度从2 μm增加至14 μm,等效应力由925 MPa减小至835 MPa,但是渗铝层-氧化锆层界面的剪切应力由59 MPa增加至101 MPa。基体厚度的变化对基体及渗铝层内的热应力影响不大,但对ZrO2层有较大的影响,基体厚度由0.3 mm增加至0.8 mm,等效应力由745 MPa增加至850 MPa。渗铝层使等效应力由877 MPa减小至745 MPa,径向应力由-1235 MPa减小至-1072 MPa,剪切应力由105 MPa降低到89 MPa,轴向应力由-375 MPa减小至-312 MPa,其中ZrO2层中的轴向应力改变明显,由-128 MPa减小至-39 MPa。结论 增加渗铝保温时间,整个复合涂层的应力降低。沉积温度与室温相差越大,热匹配失衡越严重。ZrO2层厚度增加,基体和渗铝层的应力均有升高,ZrO2层内部除剪切应力稍增加外,其余应力均减小。基体厚度增加,ZrO2层等效应力和径向应力均明显增大,因此应降低基体的厚度。渗铝层起到很好的缓冲作用。     

喷丸强化AZ91 D镁合金残余应力场的数值模拟及实验研究

目的研究喷丸工艺对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响。方法基于有限元平台建立喷丸强化AZ91D镁合金的有限元模型,从残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度等方面探讨弹丸速度、弹丸直径和弹丸入射角对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响,并通过喷丸强化AZ91D镁合金的实验与有限元模拟结果进行对比。结果增大弹丸速度对残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值提高效果明显,但对残余压应力峰值的深度影响不大;增加弹丸直径,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度均有明显提高;增大入射角,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值有明显提高,但是残余压应力峰值的深度基本不变。有限元模拟结果中,残余压应力层的厚度比实验值小7%,残余压应力的峰值比实验值大5%,残余压应力峰值的深度比实验值小11%。结论残余应力的实验结果与有限元模拟结果具有较好的一致性,模型合理。     

搅拌摩擦处理Al3Zr/6063原位复合材料的组织和性能

研究搅拌摩擦加工工艺对Al3Zrp/6063铝基复合材料组织性能的影响。该复合材料在6063-5%(K2ZrF6)体系下原位内生获得,利用OM、XRD、SEM观测原位内生颗粒Al3Zr的形貌、分布及尺寸,分析材料性能。实验分析可得:经搅拌摩擦处理后,复合材料的增强体更加细小均匀;基体晶粒破碎,晶粒形状发生改变;材料的抗拉强度变大,延伸率变大;具有超塑性,在变形温度500℃,应变速率1.67×10-2s-1,材料的延伸率达348.16%。     

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.