钛基复合材料中的微区应力分布

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1、万方数据第22卷第4期208年8月材料研究学报CHINESEJOURNALOFMATERlALSRESEARCHVbl．22No．4August208钛基复合材料中的微区应力分布原梅妮杨延清罗贤张荣军(西北工业大学材料学院西安710072)摘要使用三纤维／基体有限元模型研究了纤维失效和基体屈服后钛基复合材料内微区应力分布，结果表明：钛基复合材料内纤维失效端面的轴向应力降为0，承载能力降低，相邻基体和未失效纤维的承载能力升高；随着纤维体积分数的增大，失效后应力和失效前应力的比值增大；当中心纤维断裂时，纤维体积分数高的复合材料立即失效，且失效形式为共面

2、失效；对于纤维体积分数低的复合材料，基体屈服对纤维与基体之间的载荷传递有重要的影响．关键词材料科学基础学科，钛基，纤维失效，微区应力，有限元分析分类号TB333文章编号1005．3093(2008)04-0389．05MicrostressdistributionoftitaniummatrixcompositesYUANMeiniYANGYanqing”LUOXianZHANGRongjlln(SchoololMaterials，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xt，甜；71D072)、+Supported

3、bvtheChinaNaturalSciencefoundationNO．50371069．theChineseEducationMinistryFolln-dationforDoctorsNo．20030699013，andtheDoctoralInnovationFoundationofNorthwesternPolytechnicalUniversityNO．521030102．0400．W016133．ManuscriptreceivedSeptember7．2007；inrevisedformApril21．2008．}+Towhomco

4、rrespondenceshouldbeaddressed，Tel：(029)88460499，E-maihyqyang@nwpu．edU．anABSTRACTThethreefiber／matrixfiniteelementmodelwasdevelopedtostudythemicrostressdistributionoftitaniummatrixcornpositesundertheconditionofthefiberfailureandthematrixyield．TheresultsshowedthattheaxiaIstressa

5、tthepositionoffiberfailuredropstozero。theload—carryingcapacityoffailurefiberdecreases，whiletheload—carryingcapacityoftheneighboringmatrixandfiberincreases．Theratioofstressafterandbeforefiberfailureincreaseswithincreasingfibervolumefraction．Whenthemiddlefiberbreaks，thefailureoc

6、cursimmediatelyincornpositesathighfibervolumefraction。andthefailurelocationinneighboringfiberOccursintheidenticaIfractureplane．ForcompositesatlOWfibervolumefraction。thematrixplasticitysignificantlyinfluencesontheIoadtransferbetweenthefiberandthematrix．KEYWoRDSfoundationaIdisci

7、plineinmaterialsscience．Ti—matrix，fiberbroken．IocaIstress，finiteelementanalysisSiC纤维增强Ti基复合材料具有高比强度、高比模量、使用温度高及疲劳和蠕变性能好等优点，在航空、航天领域有良好的应用前景11-51．但是，这种复合材料的低应力破坏、低塑性和低断裂韧性、尺寸不稳定以及热循环条件下力学性能的变化，严重地阻碍了它的推广应用．SiC纤维增强Ti基复合材料中的微区应力分布不均匀，是造成其力学性能下降的主要因素．例如：SiC纤维增强Ti基复合材料中局部+国家自然科学基金5

8、0371069、教育都博士点基金20030699013和博上创新基金521030102—0400-W016133资助项目，