增强颗粒特征对SiCp_Al复合材料力学性能的影响研究

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1、分类号:TG316.310710-2015231021专业硕士学位论文增强颗粒特征对SiCp/Al复合材料力学性能的影响研究王春伟导师姓名职称张晓峰副教授袁战伟讲师专业学位类别申请学位类别硕士材料工程及领域名称论文提交日期2018年5月2日论文答辩日期2018年5月24日学位授予单位长安大学TheresearchoneffectofreinforcementparticlecharacteristicsonthemechanicalpropertiesofSiCp/AlcompositematerialsAThesisSubmittedfortheDegr

2、eeofMasterCandidate：WangChunweiSupervisor：A/Prof.ZhangXiaofengLec.YuanZhanweiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要SiCp/Al复合材料作为一种先进的复合材料，具有高比强度和比模量、耐疲劳、尺寸稳定性高等综合性能，已被广泛应用于航空航天、汽车制造及电子封装等领域。本文主要研究增强颗粒特征对复合材料力学性能的影响，建立SiCp/Al复合材料宏微观力学性能之间的定量关系，在对颗粒特征进行定量化表征的基础上，重点分析颗粒特征参数对复合材料力学性能的影响规律，进

3、一步建立复合材料的力学性能耦合模型。本文的主要研究内容及结果如下：通过对不同位置的纳米压痕曲线分析获得其对应的应力-应变曲线，并最终获得数值模拟需要的力学性能参数及塑性阶段的应力应变关系等。对界面位置的分析发现，杨氏模量的平均值约为187.299GPa，屈服应力的平均值为0.336GPa左右；界面部分塑性0.376阶段的应力应变关系为σ=0.336×(1+557.438·εp)。对基体位置的分析发现，杨氏模量的平均值约为121.015GPa，屈服应力的平均值为0.120GPa左右；基体部分塑性阶段的0.410应力应变关系为σ=0.120×(1+1011.2

4、69·εp)。根据建立的具有不同颗粒特征参数（当量直径、形状因子、均匀性指数）的复合材料有限元分析模型，分析发现：复合材料的屈服应力及杨氏模量随着颗粒当量直径的降低呈现出先增后降的现象，随着形状因子的增加而增加；而不同均匀性指数下的屈服应力及杨氏模量的变化趋势相反。三种情况下的复合材料平均应力与基体平均应力的比值均大于1，说明增强颗粒对基体有一定的强化效果；而复合材料平均塑性应变与基体平均塑性应变的比值均小于1，表明界面位置的平均塑性变形量比基体的平均塑性变形量小。最后，分别采用ExpLinear函数、二项式、Gauss公式建立杨氏模量、屈服应力与当量直径

5、、形状因子、均匀性指数之间的定量关系式。通过多元线性回归建立了复合材料杨氏模量E及屈服应力σy与三种增强颗粒特征参数间的耦合模型；并对建立的耦合模型进行了检验，结果证明了杨氏模量E及屈服应力σy与三种颗粒特征参数定量关系式之间的线性关系，进而证明了所建立的两个耦合模型对复合材料力学性能预测的准确性。关键词：SiCp/Al复合材料，颗粒特征参数，杨氏模量，屈服应力，耦合模型IIIAbstractAsanadvancedcompositematerial,SiCp/Alcompositematerialhadhighspecificstrengthandspe

6、cificmodulus,fatigueresistance,highdimensionalstabilityandhadbeenwidelyusedinthefieldsofaerospace,automobilemanufacturingandelectronicpackaging.Inthispaper,wemainlystudiedtheeffectofreinforcementparticlecharacteristicparametersonthemechanicalpropertiesofcompositematerialstoestabli

7、shtherelationshipbetweenthemacro-andmicro-mechanicalpropertiesofSiCp/Alcomposites.Onthebasisofthequantitativecharacterizationoftheparticlecharacteristics,theinfluenceoftheparticlecharacteristicparametersonthemechanicalpropertiesofthecompositeswasanalyzed,andfurtherestablishedtheco

8、uplingmodelofmechanicalproperties