12 vol%SiCP/2024A1基复合材料热挤压过程有限元模拟与分析

基于MSC.Mare软件平台,建立了含SiCP体积分数为12%的SiCP/2024A1复合材料热挤压轴对称刚-塑性热力耦合有限元分析模型.利用该模型对复合材料的热挤压过程进行模拟,分析了热挤压过程中的载荷一行程曲线和材料流动状态,讨论了模具温度及挤压速度对挤压载荷的影响.模拟结果表明,该坯料在挤压比为30:1、挤压温度为400～450℃、挤压速度为0.1～1.0 mm/s、挤压载荷为4.0×106～5.0×106N之间能够顺利挤出表面无缺陷的复合材料棒材.最后通过在700 t水压机上采用相同工艺挤出高质量的复合材料棒材验证该工艺的可行性.     

2024Al和SiCp／2024Al基复合材料阳极氧化膜的耐蚀性

用动电位阳极极化和电化学阻抗技术研究了SiCp／2024Al复合材料硫酸阳极氧化膜在3．5％NaCl水溶液中的耐蚀性；作为比较，对2024Al的阳极氧化膜耐蚀性也进行了研究。结果表明，经阳极氧化处理的SiCp／2024Al复合材料具有良好的耐NaCl溶液腐蚀的能力，其腐蚀速度较未处理的样品降低了2个数量级以上。但其耐蚀性不如2024Al合金的阳极氧化膜。这是由于氧化膜中SiC颗粒的存在破坏了氧化膜的完整性和均匀性所致。对SiCp／2024Al MMC，采用小电流密度来进行阳极氧化处理，可获得较好的防护效果。此外，阳极氧化膜层的抗蚀性随浸泡时问的增加有降低的趋势。     

热挤压对SiCW/Al复合材料塑性的影响

对ＳｉＣｗ／Ａｌ复合材料进行了热挤压，并用ＳＥＭ对拉利断口进行了观察和分析。研究结果表明，抗挤压能够明显地提高ＳｉＣｗ／Ａｌ复合材料的塑性。热挤压导致复合材料塑性提高的原因是由于热挤压变形造成基体塑性的提高，以及晶须的折断和沿挤压方向定向排列的结果。     

δ-Al2O3f/Al基复合材料弹性模量的有限元能量法预测

Based on the energy equivalence principle, the elastic modulus of δ-Al₂O_3f/Al composite was predicted by means of the Finite Element Method. In the predicting, the random orientation distribution of short fiber was considered. The results were compared with the experimental values and those of previous predicting methods. In the end, it can be concluded that the method developed in this paper is reasonable and precise.     

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。     

δ-Al2O3/Al合金基复合材料拉伸行为的分析和模拟

本文以δ-Al2O3/Al合金基复合材料为研究对象,在细观层次上建立分析模型,采用三维弹塑性有限元分析方法,对它的拉伸行为进行了较为详细的描述。研究涉及该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的模拟和各种微结构特征的变化对应力应变行为的影响。同时考虑了纤维位向变化的影响,并引入了实际测得的短纤维位向分布规律,对随机分布短纤维复合材料的力学行为进行了模拟。研究表明,基体性能、纤维长径比和体积分数、纤维位向以及界面结合对δ-Al2O3/Al合金基复合材料的拉伸行为均有较大的影响;本文所采用的有限元分析方法对该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的预测也是较为准确的。     

-Al_2O_3/Al合金基复合材料拉伸行为的分析和模拟

本文以-Al2O3Al合金基复合材料为研究对象,在细观层次上建立分析模型,采用三维弹塑性有限元分析方法,对它的拉伸行为进行了较为详细的描述。研究涉及该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的模拟和各种微结构特征的变化对应力应变行为的影响。同时考虑了纤维位向变化的影响,并引入了实际测得的短纤维位向分布规律,对随机分布短纤维复合材料的力学行为进行了模拟。研究表明,基体性能、纤维长径比和体积分数、纤维位向以及界面结合对-Al2O3Al合金基复合材料的拉伸行为均有较大的影响;本文所采用的有限元分析方法对该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的预测也是较为准确的。     

SiCp/2024复合材料的氢脆敏感性研究

在浸泡、阴极极化、阴极极化同时迭加拉伸变形、添加As₂O₃毒化剂等常见致氢条件下,通过慢应变速率拉伸试验研究了SiC_p/2024复合材料的力学性能,考察了断口形貌.测定了该材料在按几种常用充氢条件充氢后的氢含量.发现虽然强烈阴极极化使材料力学性能下降,但其原因在于阴极极化引起的碱性腐蚀,与氢脆无关.获得了不同于前人研究的新结论:在本文试验条件下SiC_p/2024材料不发生氢脆,也不发生不可逆氢损伤,其原因与该材料难以充入氢有关.     

40 vol%SiC_P/2024Al复合材料的动态压缩性能

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了40%体积分数的SiCP/2024Al复合材料和基体材料2024Al在不同应变率下的动态压缩性能。在高应变率动态压缩时该复合材料与2024Al均表现出应变率不敏感,复合材料屈服应力高于2024Al;与2024Al的应变硬化性能不同,复合材料表现出应变软化性能。利用扫描电镜(SEM)观察动态压缩后复合材料试件的微观组织,发现试件内部出现一些孔洞、微裂纹以及一些增强颗粒的破碎等损伤现象,并且在较高应变率下基体呈现出明显的热软化甚至发生局部熔化,由此判断,在高应变率下SiCP/2024Al复合材料宏观应变软化的机制为内部损伤及基体热软化。将SiCP/2024Al复合材料与2024Al经400℃下烧蚀3 h后自由冷却至室温,利用SHPB再次进行测试,与烧蚀前的测试结果相比,2024Al的性能明显下降,而复合材料的性能变化较小,表现出比基体材料更好的抗高温稳定性能。     

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。     

拉压异性纤维增强树脂基复合材料弹塑性问题的有限元分析

为了对复杂的非线性问题进行便捷求解,首先提出了考虑拉压异性的纤维增强树脂基复合材料统一非线性本构模型;然后,在此基础上进一步导出了本构模型的三维表现形式,以适用于非线性有限元分析工具的开发;随后,利用有限元软件ABAQUS提供的用户自定义子程序UMAT,自编了在二维和三维情况下的弹塑性应力分析程序;最后,应用程序对复合材料单向板和复合材料斜交板在偏轴拉伸/压缩下应力-应变曲线的预测与测试结果进行了比较,探讨了复合材料悬臂梁的弹塑性问题,并分析和比较了有无考虑拉压异性情况下应力分布和挠度响应的差异。结果表明:运用所提出的本构模型对考虑拉压不对称问题的弹塑性变形分析十分有效,这一本构模型有望成为实用数值分析工具,进而指导工程实践。     

Finite element simulation of the steel plates hot rolling process

In this paper we discuss our finite element procedure for simulating the hot rolling of flat steel products. We couple an Eulerian rigid‐viscoplastic model of the steel plates deformation to a Lagrangian elastic model of the rolls deformation. This latter model incorporates the bending deformation of the work rolls supported by the back‐up rolls and the flattening of the contact areas (Hertz problem) via an enhanced beam model. The finite element model is validated comparing its predictions with actual industrial measurements and then it is used to analyse different rolling set‐ups. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。      

陶瓷基复合材料多层界面相应力传递的有限元模拟

针对陶瓷基复合材料（CMCs）多层界面相的应力传递进行了有限元模拟。采用圆柱单胞模型描述CMCs的细观结构,按相应界面相亚层的实际厚度建立明确的界面相,并假设界面相亚层之间及界面相与纤维、基体之间初始完好结合,然后赋予各界面相亚层不同的材料参数,并采用轴对称有限元法进行求解,最终建立了多层界面应力传递的模拟方法。分别对比了不同厚度热解碳（PyC）界面相、PyC和SiC两种不同成分界面相及（PyC/SiC）和（SiC/PyC）两种结构界面相的应力传递模拟结果。从剪应力沿纤维方向分布及径向分布特点可以看出,通过合理配置CMCs内部多层界面相的结构、成分和厚度,可以实现界面相应力传递及失效模式的控制和优化。     

SiCP/ 2024 铝基复合材料表面微弧氧化膜组织结构及其耐蚀性

对SiC_P/ 2024 铝基复合材料进行微弧氧化表面处理, 分析了陶瓷膜截面的显微组织、成分分布, 测量了其相组成和硬度分布, 并比较了氧化前后极化曲线的变化。结果表明, 在硅酸盐溶液中获得的陶瓷膜由莫来石、α-Al₂O₃ 、γ-Al₂O₃ 晶态相和SiO₂ 非晶相组成, 残留的SiC 增强体很少, 膜与复合材料呈现良好的冶金结合。膜具有两层结构, 外层Si 含量较高并主要来自电解液, 而内层膜里莫来石的形成同SiC 增强体氧化密切相关。微弧氧化处理后, SiC_P / 2024 铝基复合材料的抗腐蚀能力得到很大提高, 这归因于形成了一层完整连续的氧化膜。      

Finite element analysis of the plastic deformation in tandem process of simple shear extrusion and twist extrusion

Recently, simple shear extrusion (SSE) and twist extrusion (TE) are introduced to fabricate ultrafine grained bulk rod metallic materials. The SSE and TE processes generate significant deformation inhomogeneity, with higher and lower strains in the center, respectively, which easily causes mechanical instability of the materials. In this study, to overcome this deformation inhomogeneity problem in SSE and TE, a tandem process of SSE and TE (TST) is suggested. The finite element method is applied for plastic deformation behavior during the TST process. The results demonstrate that the TST process can produce relatively homogeneously deformed materials. In particular, the effects of back pressure and processing order on the plastic deformation behaviors in the TST process are systematically analyzed.     

Finite‐element analysis of a combined fine‐blanking and extrusion process

This paper presents the characteristics of the combined fine‐blanking and extrusion process and gives a detailed analysis of the process with the finite‐element method. To carry out the simulation step by step and avoid the tendency to diverge in the calculations, the remeshing, tracing and golden section methods were developed and introduced into the finite‐element program. Different boundary conditions were used in the simulation; the mesh distortion, field of material flow, and the stress and strain distributions were obtained. From the simulated results, the deformation characteristics under different boundary conditions were revealed. An experiment was also carried out to verify the simulated results. A large strain analysis technique was chosen to determine the effective strain distribution based on the experiment. The effective strain distributions from the simulation are in accordance with the effective strain distributions and the hardness distributions from the experiment. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

SiCP/ 6061Al 合金复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性

对T6 热处理后的SiC_P / 6061Al 合金复合材料的高温(300 ℃) 单轴应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究, 讨论了具有两种颗粒体积分数的复合材料在高温下不同加载条件时的循环软/ 硬化特性和棘轮行为特征。实验研究表明: 颗粒增强金属基复合材料宏观上表现出与金属材料相类似的应变循环特性和棘轮变形规律, 即复合材料在非对称应力循环下也将产生一定的棘轮变形, 并随应力幅值和平均应力的增加而增加; 颗粒的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力增强, 棘轮变形随颗粒体积分数的升高而下降; 在高温下棘轮行为体现出明显的时间相关特性, 即棘轮应变值明显依赖于加载率和峰值保持时间, 并具有明显的蠕变-棘轮交互作用。在对该类复合材料的棘轮行为进行本构描述时必须考虑复合材料的微结构特征、加载条件以及时间效应等的影响。      

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。