基于有限元仿真的金属玻璃基复合材料失效机理研究

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1、国内图书分类号：O344.1;O345密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文基于有限元仿真的金属玻璃基复合材料失效机理研究年级二零一四级姓名苟凯申请学位级别工学硕士专业力学指导老师张娟副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:O344.1;O345U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHOFFAILUREMECHANISMSOFBULKMETALLICGLASSCOMPOSITESBASEDONFINITEELEMENTS

2、IMULATIONGrade:2014Candidate:KaiGouAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:MechanicsSupervisor:AssociateProf.JuanZhangMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复

3、印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)对金属玻璃和金属玻璃基复合材料的拉伸断口进行了电镜扫描观察，从微观角度通过断口形貌分析了金属玻璃及其复合材料断裂机理。(2)对金属玻璃基复合材料的三点弯曲过程进行原位显微观察，分析了Ta颗粒和基体的形变，裂纹萌生与扩展过程。(3)通过调用ABAQUS用户子程序(

4、UMAT)，用ABAQUS有限元软件模拟了金属玻璃基复合材料的单轴拉伸行为。引入内聚力单元，分析了界面的损伤演化过程以及弱界面对剪切带扩展的影响，进而考虑在弱界面的影响下，分析了第二相颗粒不同材料参数以及界面参数对金属玻璃基复合材料整体性能的影响。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位

5、论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要金属玻璃作为一种新型材料具有优异的力学、物理、化学性能，具有广阔的应用前景。本论文根据实验观察分析了金属玻璃基复合材料的断裂失效机理，并建立有限元模型模拟了复合材料中界面的损伤演化以及界面对复合材料变形行为的影响。研究结果有一定的参考价值，有助于对金属玻璃基复合材料变形及失效机理的理解。所做主要工作如下：对TiZrNiCuBe金属玻璃和内生枝晶的TiZrNiCuBe金属玻璃基32.830.25.3922.745.73335.812.5复合材料的拉伸断口进行了电镜扫

6、描实验，结果表明：引入的枝晶相能有效地阻止剪切带的扩展，从而使复合材料的整体塑性得到提高。Ta颗粒增强的ZrNiCuTaAl金属玻璃基复合材料三点弯曲测试过程中，701020781210观测到受压侧部分Ta颗粒因挤压而破碎，部分脱落；受拉侧表面并未明显的观察到Ta颗粒断裂破碎现象，主要的现象是边缘的Ta颗粒与基体的剥离，导致裂纹萌生，最终断裂。通过调用ABAQUS用户子程序(UMAT)，用ABAQUS有限元软件模拟了金属玻璃基复合材料的单轴拉伸行为。在界面处引入内聚力单元，模拟了界面的损伤演化过程。金属玻璃基复合材料中

7、基体和颗粒在均匀分布的拉力作用下的整个破坏过程经历了三个阶段：在外力较小时，界面保持完整，整个系统处于线弹性阶段；随着外力的增加，当界面屈服应力达到界面强度时，界面开始发生损伤破坏；直至界面完全脱粘，颗粒发生剥离，基体与颗粒之间没有相互作用。在弱界面下，考虑第二相颗粒不同材料参数以及界面参数对复合材料中剪切带演化和复合材料韧性的影响。对比颗粒均匀分布和随机分布，可以得到，增韧颗粒均匀的分布在金属玻璃基复合材料基体内，能够使复合材料整体受力更均匀，提高复合材料的强度和韧性；基体内Ta颗粒含量越多，复合材料的整体应力水平越低；

8、界面的弹性模量增加能有效的促进基体与颗粒之间的应力传递，从而提高复合材料的韧性；在一定范围内，随着界面厚度的增加，复合材料的整体应力水平降低。关键词：金属玻璃；复合材料；有限元模拟；剪切带；界面西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsanewtypeofmaterial,metalli