颗粒增强镁基复合材料微区应力场仿真分析.pdf

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1、铸造技术Vo1．34NO．09·l118·F0UNDRYTECHN0L0GYSep．2013颗粒增强镁基复合材料微区应力场仿真分析储健(天津职业技术师范大学，天津300222)摘要：以实际SiC颗粒结构为基础建立了材料仿真几何模型，分析了增强体附近微区应力场，并讨论了低应力条件下增强体发生断裂的机理，通过实验验证了计算机仿真结果的有效性。本研究对SiC颗粒增强镁基复合材料在铸造巾的应用提供了科学依据。关键词：颗粒增强镁基复合材料；计算机仿真；应力场中图分类号：TB331文献标识码：A文章编号：1000—8365(2013)09一ll18—03Si

2、mulationAnalysisofMicro-areaStressFieldinParticleReinforcedMg-matrixCompositeCHuJian(TianjinUniversityofTechnologyandEducationOccupation，Tianjin300222，China)Abstract：AgeometrymodelofparticlereinforcedmagnesiummatrixcompositematerialswasestablishedbasedontheactualstructureofSi

3、Cparticle，themicro—areastressfieldnearthereinforcedbodywasanalyzed，andthemechanismofreinforcedbodyfracturingunderlowstressconditionswasdiscussed，thevalidityofthecomputersimulationresultswasverifiedbyexperimens．ThisstudyprovidesascientificbasisfortheapplicationofcastingSiCpart

4、iclesreinforcedMg—matrixcomposites．Keywords：particlereinforcedMg—matrixcomposites；computersimulation；stressfield与通常的合金相比．颗粒增强镁基复合材料具全建立曲面的困难性较大，也为仿真计算带来了麻有更高的耐磨性、热稳定性、比强度、比刚度以及低烦。笔者从逆向思维角度出发，先建立一个多面体，的热膨胀系数，成为铸造材料研究领域的新课题。并移动面上的点到面外的适当坐标，使面上的其他但颗粒增强镁基复合材料是一种多组分材料，失效点自动匹配跟随并形成

5、曲面。在建立几何模型过程性复杂、性能不稳定。因此，不能通过常规的力学计中．只要获得了任意一个点的坐标，就可以在建模软算获得。虽然国内外对该材料的研究已经有了一定件上实现复杂模型的近似形状建立。其实，按照计算的进展，但从微区应力场角度分析材料失效问题的机仿真对模型的要求，只要对目标物体的面数建立相关研究甚少。本文利用计算机仿真软件对SiC颗对应的多面体，并平移顶点至对应坐标、加以装饰，粒增强镁基复合材料中实际形状的增强微区应力就可以模拟出和实际SiC颗粒结构非常相似的曲面场进行分析。并通过实验结果对比验证仿真分析的多面体了。如图l，采用20ixmx

6、20m×20m的立有效性。方单胞，增强体体积分数为12．8％，体心立方分布。沿轴方向施加200MPa的均匀分布抽应力在几何1几何模型建立模型端面上。在计算过程中，增强体和基体的通常的SiC颗粒结构为棱边和尖角，属于磨料Young’S的模量分别为：Esic=4．5xlO“Pa和E№=4．4x级的角状碳化硅．一般具有极不规则的形状，长径l0Pa：增强体和基体的Poisson比分别为：=比为1_3～1．9，非等轴状。这一形状特征也存在于其0．17和№：0_35。在线弹性范围内利用三维有限元法他硬质增强体颗粒中，所以，本文建立的几何模型对应力场进行计算，

7、并剖分网格，同时在增强体附近一也遵循该特征。通常的SiC颗粒研究都是基于椭球定区域内增加局部网格密度。由于该几何模型是按照形和球形的理想模型，和实情结构不符。实际SiC颗粒的不规则结构建立的，因此，采用四面体实际的SiC颗粒具有非常复杂的表面结构，完单元进行剖分，得到53921个单元和11027个节点。收稿日期：2013一O5—252增强体附近应力场基金项目：天津市科技厅基金资助项目(Kjl1—24)根据相关文献可知，复合材料的最薄弱位置一作者简介：储健(1961一)，天津人，硕士，教授．研究方向：自动化技术电话：13642116961般为界面。

8、所以，本文重点研究界面处应力过渡及应