复合增韧组织的力学性能模型化研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文复合增韧组织的力学性能模型化研究专业：材料加工工程硕士生：刘仁智导师：杜忠泽副教艘王经涛教授摘要本文建立了一个延性相增韧硬强相的复合组织力学模型，通过对不同体积分数、不同尺寸、不同材料增韧相增韧硬强相基体的强韧化贡献进行计算研究，由此达到对基体的力学性能进行优化。利用模型对增韧复合组织进行压缩与拉伸变形计算，把计算结果与实验数据进行对比，验证模型计算的准确性。所做工作如下：(1)模仿常规复合材料中高强度相材料加入基体相材料以增强基体强度的复合材料概念，明确提出高塑性低强度相“加入”低塑性高强

2、度相从而达到增韧目的的新复合材料概念，并进一步提出复合增韧的概念。(2)揭示脆性基体复合材料的增韧机制，寻找具有最佳增韧效果的微结构组合是当前研究复合组织增韧的首要目的。(3)采用细观力学中的模型方法结合有限元计算工具与平均化思想进行研究。代表单元模型的提取参照文献中提供的实物照片，并根据细观力学理论进行了适当简化。(4)从细观尺度而非微观尺度的水平，针对增韧“相”尺寸、体积分数、性能对复合增韧材料组织性能的预测和组织优化提出建议。通过进行以上工作，得出如下结论：(1)增韧相与基体相力学性能的变化：增韧相表现出明显的应

3、变强化，基体相在延性第二相的软化作用下，塑性增加。(2)增韧相与基体相力学性能的匹配：增韧相与基体相的弹性模量与泊松比越接近，增韧相的增韧作用发挥越充分：两相性能差别越大，越容易在两相界面发生应力集中，导致两相脱粘，力学性能变差。(3)增韧相的尺寸对复合组织力学性能的影响：增韧相尺寸太小达不到增韧的效果，增韧相尺寸太大恶化两相接触界面。西安建筑科技大学硕：七学位论文(4)增韧相体积分数对复合组织力学性能的影响：加入少量体积分数的增韧相并不会显著提高失效应变，对屈服强度和极限强度影响也小：相反加入大体积分数的增韧相使两相

4、的受力环境恶化，这都使复合组织力学性能变差。增韧相体积分数对复合组织力学性能的影响较增韧相尺寸的影响更大。(5)增韧相形状对复合组织力学性能的影响：增韧相形状(本文只研究完全对称的立方体)即立方体的长、宽、高之比在¨1．5变化时对复合组织的力学性能的影响不大。(6)验证模型：通过把计算结果与实验数据进行对比，证明所建模型用来计算延性相增韧硬强相复合组织的力学性能是基本正确的。关键词：非晶合金；纳米晶；微米晶；复合组织；强韧化西安建筑科技大学硕士学位论文InvestigationonMeso-mechanicsModel

5、ingofCompositeTougheningSpecialty：MaterialsProcessingName：LiuRenzhiInstructor：DuZhongzeWangJingtaoInthepaper,acompositemechanicalmodel，softphaseisenclosedinhardphase(Hard-／soft-phasestructureiscalled“bimodar’structure)，wasbuilt．Simulationwascarriedonthemodel．Tou

6、gheningeffectWasresearchedaboutthecontributionofmatrixphaseandtougheningphasewhosevolumepercent、scaleandmaterialarechangeable，SO，matrixphasemechanicalpropertyCallbeoptimized．Uniaxialcompressionandtensiletestsimulationandcomputationwereperformed．Inordertocheckthe

7、accuracyofthemodel，computationdataWascomparedwithexperimentdata．Theworkmadeasfollows：(1)Thismaterialwith‘'bimodal‘‘structureWaSviewedasakindofcompositeandtheideaofhard-／soft-phasecompositetougheningwasputforward．f2)Discoveringthetougheningmechanismofcompositewim

8、crispmatrixandsearchingtheopticmicrostructurecombinationaleprincipalmotiveofresearchingcompositestructure．(3)ByreviewingexperimentalresultsandTEMimagesmadebyotherrese