利用ABAQUS軟件對C/SiC復(fù)合材料的納米壓痕實驗進行有限元分析,引入內(nèi)聚力模型來組建材料的本構(gòu)模型。在細觀力學(xué)層面上利用Oliver-Pharr方法對不同位置壓痕點的載荷位移曲線進行分析,研究復(fù)合材料各組分原位力學(xué)性能的影響因素,揭示界面強度、界面厚度對納米壓痕過程中載荷位移曲線、材料硬度、彈性模量的影響規(guī)律。該仿真為C/SiC復(fù)合材料的工程應(yīng)用、加工去除機理的研究及納米壓痕實驗的參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)與高效方法。 

【文章來源】：材料科學(xué)與工程學(xué)報. 2016年01期 第49-53+74頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１典型載荷－壓深曲線Ｆｉｇ．１Ｔｙｐｉｃａｌｌｏａｄ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅ

及界面相的存在對其力學(xué)性能的影響，分析了界面強度、界面厚度對納米壓痕過程中載荷－位移曲線的影響規(guī)律。２納米壓痕原理壓痕試驗是以Ｈｅｒｔｚ理論為基礎(chǔ)建立起的一項測試技術(shù)，初加載時壓頭區(qū)的塑性變形和彈性變形同時開始，隨著壓頭下移，塑性和彈性都在加劇，嚴(yán)重的非線性過程開始發(fā)生，材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生本質(zhì)變化，壓深達到最大時，應(yīng)力達到最大值。卸載過程中彈性表現(xiàn)比較急速，而塑性作用則占據(jù)更重要的地位，這便使得材料表面留下永久性壓痕。通過壓痕法所得的典型載荷－位移曲線如圖１所示，圖２為壓頭壓入材料和卸載后的參數(shù)示意圖［５，９］。圖２中ｈｍａｘ為最大壓入深度，ｈｃ為最大接觸深度，ｈｆ為塑性深度，其中ｈｍａｘ、ｈｆ可直接從載荷－位移曲線中測量得到，ｈｃ可通過式（２）計算得到。將所得載荷－位移曲線利用Ｏｌｉｖｅｒ－Ｐｈａｒｒ理論進行分析計算，可求得所測材料的壓痕硬度及彈性模量［５］。壓痕硬度用最大載荷Ｐｍａｘ與最大壓深面積Ａｃ之比來定義。壓痕硬度（Ｈ）的求解方法如下：圖１典型載荷－壓深曲線Ｆｉｇ．１Ｔｙｐｉｃａｌｌｏａｄ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅ圖２加載和卸載參數(shù)示意圖Ｆｉｇ．２ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｌｏａｄａｎｄｕｎｌｏａｄＳ＝ｄＰｄｈ（ｈ＝ｈｍａｘ）＝Ｂｍ（ｈｍａｘ－ｈｆ）ｍ－１（１）ｈｃ＝ｈ－εＰｍａｘＳ（２）Ａｃ＝２４．５６ｈ２ｃ＋∑８ｉ＝１Ｃｉｈ１／２ｉｃ（３）Ｈ＝ＰｍａｘＡｃ（４）其中：

材料為體積分?jǐn)?shù)為４０％的單向纖維增強Ｃ／ＳｉＣ復(fù)合材料，壓頭選用頂角為１４２．３０°的圓錐壓頭來模擬Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ三棱錐壓頭。纖維和基體選用四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，單元類型為ＣＰＳ４Ｒ，界面選用掃略網(wǎng)格，采用內(nèi)聚力單元，單元類型為ＣＯＨ２Ｄ４，采用節(jié)點控制技術(shù)使界面層單元厚度為０。網(wǎng)格劃分如圖４所示。各材料屬性見表１所示。圖３幾何模型Ｆｉｇ．３Ｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｏｆｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ圖４網(wǎng)格劃分Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍｅｓｈｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓ表１材料屬性Ｔａｂｌｅ１ＭａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌＭａｔｅｒｉａｌＤｅｎｓｉｔｙ／ｇ·ｃｍ－３Ｍｏｄｕｌｕｓ／ＧＰａＰｏｉｓｓｏｎ’ｓｒａｔｉｏＴｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ／１０－６·℃－１Ｉｎｄｅｎｔｅｒ３．５２１１４１０．０７－Ｍａｔｒｉｘ（ＳｉＣ）３．１７４５４．５４０．１６９２．５，４．４，５．５Ｆｉｂｅｒ（Ｔ３００）１．７６２３００．２，０．０１３－０．７界面的本構(gòu)模型選用Ｍｉ等人提出的雙線性本構(gòu)模型［１０］，如圖５所示，其本構(gòu)關(guān)系如式（７）所示。其中Ｄ為剪切模量，Ｅ０是初始對角剛度矩陣。圖５雙線性內(nèi)聚力本構(gòu)模型Ｆｉｇ．５Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｂｉｌｉｎｅａｒｃｏｈｅｓｉｖｅｚｏｎｅσ＝（１－Ｄ）Ｅ０ε＝１－Ｋ１＋（）Ｋ［］ＦＥ０ε（７）損傷開始由最大應(yīng)力

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：2904855