复合材料力学性能的细观有限元分析

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1、摘要复合材料具有明显优于组分材料的性能，而且可以根据需要进行设计和制造，具有良好的发展前景。复合材料力学的研究能够阐明复合材料性能变化的规律，指导复合材料的设计，受到材料和力学工作者的普遍重视。有限元方法的出现给人们提供了分析复合材料细观应力场和定量描述细观结构与性能关系的有力工具，极大地推动了复合材料的发展。本文利用有限元软件MSC．Marc对钛基复合材料和生态陶瓷／金属复合材料的力学性能进行了计算模拟，考察了复合材料细观结构对宏观力学性能的影响。对含不同比例TiC和TiB增强体的钛基复合材料的拉伸性能和应力场进行了模拟。在拉伸载荷作用下，增强体承担大部分载荷，

2、增强体内的应力远大于基体内的应力。钛基复合材料的抗拉性能随着TiB增强体含量的增加而降低，表明TiB对钛基复合材料的增强作用不如TiC。对于含裂纹的钛基复合材料，基体中裂纹的存在增加了增强体与基体界面的开裂倾向。对压缩载荷作用下生态陶瓷／铝和生态陶瓷，钛复合材料进行了计算分析。生态陶瓷，金属复合材料的应力应变关系呈现弹塑性，金属内的应力高于生态陶瓷内的应力，金属的屈服由计算模型周围向中心扩展，生态陶瓷／铝复合材料的屈服应力和弹性模量与铝合金接近，低于生态陶瓷，钛复合材料的屈服应力和弹性模量，表明生态陶瓷，金属复合材料的力学性能主要由金属决定。关键词钛基复合材料，生

3、态陶瓷，金属复合材料，有限元，细观力学ABSTRACTCompositeshaveobviouslybeRerperformancethanconstitutingmaterial．Moreover,itcallbedesignedandproducedaccordingtoneed．Thereforeithasupstandingdevelopingforeground．Compositemechanicsillustratesthediscil；)lineofperformancevariationandguidedesignofcomposites，SOit

4、attractsimportanceofmaterialandmechanicsscientists．Finiteelementmethodprovidesusefultoolforanalysisofmicrostressfieldandquantifydescribingtherelationbetweenmicrostructureandperformance，anditpromotesthedevelopmentofcomposites．Inthepresentstudy,mechanicalcharacterofTiMMCandeco—ceramic／m

5、etalcompositesarccomputed．Thecomputationisaccomplishedusingfiniteelementsof['wareMSC．Marc．Theinfluenceofmicrostructureonmacro—mechanicalperformanceisstudied，TensionperformanceandstressfieldofTiMMCcontainingdifferentratioofTiCandTiBstrengtheningbodyaresimulated．Undertensileloading，thes

6、trengtheningbodybearmostload，andstressinthestrengtheningbodyismuchlargerthanthatinthebasemetal．ThetensileperfomlanceofTiMMCbecomesworsewithincreasingTiB，whichshowsthatthestrengtheningeffectofTiBonTiMMCiSweakerthanthatofTiC．ForTiMMC．crackiUthebasemetalincreasesthecrackingtendencyofinte

7、rfacebetweenstrengtheningbodyandthebasemetal．Eco-。ceranfic／Alandeco··ceramic／Ticompositesbearingcompressingloadarecalculated．Thestress—strainrelationofeco-ceramic／metalcompositeiselastoplastic，Stressinthemetalishigherthanthatineco—ceramic，andyieldofmetalextendsfromthecircumferencetoth

8、ecent