越來越多的研究發(fā)現增強體空間構型分布有望成為金屬基復合材料強韌性倒置問題的有效解決辦法。然而,構型設計要素種類繁多,除傳統結構設計要素外,還包括增強體分布特征等結構參數。因此,僅靠傳統的實驗手段已無法滿足復合材料構型設計的研究需求,借助有限元模擬探索各構型要素對復合材料性能的影響規(guī)律可作為試驗研究的前提和有效補充�；谌S幾何模型的有限元模擬技術,將增強體分布特征引入復合材料三維幾何模型中,再引入各組分的物理及力學性能,則能夠對構型化復合材料的變形與斷裂行為進行模擬,并預測其力學性能。首先回顧了數值模擬顆粒增強金屬基復合材料的幾何和數值模型構建方法,然后對網狀結構構型化復合材料有限元模擬工作的研究現狀進行了介紹,最后對構型化復合材料有限元模擬工作的未來發(fā)展進行了展望。 

【文章來源】：中國材料進展. 2020,39(06)北大核心CSCD

【文章頁數】：13 頁

【部分圖文】：

強界面結合形貌特征與復合材料界面模型建立:(a)近界面區(qū)基體損傷[43];(b)厚度為50 nm的界面實體單元[10];(c)零厚度內聚力單元界面

在構型設計中，層狀構型屬于較為簡單的結構類型，其幾何模型也易于構建[53](如圖6a和6b)。層內可以包含不同種類、尺寸、含量和取向的顆粒、晶須或長纖維，通常層狀復合材料由兩種層片材料堆疊而成，堆疊順序為ABAB(如圖6a)。在自然界中，有殼類軟體動物憑借堅硬、抗沖擊性能良好的外殼抵御捕食者。其中，部分殼體即為層狀結構，如脈紅螺殼和文蛤殼分別為具有ABCABC和ACBACB堆疊順序的層狀復合材料[54]。顯然，將傳統復合材料建模技術應用于層片的建模，再將層片以不同順序堆疊，是可行的層狀復合材料建模方法。該方法也可應用于梯度層狀材料的性能預測。此外，由于環(huán)狀構型與層狀構型相近[55](如圖6c)，其復合材料的幾何模型也可以通過類似方法構建，只需要將層片換為圓筒即可。Guo等[56]建立了一種鏈條結構的復合材料幾何模型，其中增強體顆粒排列成若干根長纖維狀(如圖6d和6e)。通過調節(jié)結構參數，可以調控增強體的局部體積分數。這種結構設計能夠給予Si Cp/Al棒狀構型復合材料(如圖6f)[57]模型構建工作一些啟發(fā)。

近些年，顆粒增強復合材料體系的三維建模技術取得了重要的技術突破。上海交通大學蘇益士等[8]對大量Si C顆粒進行SEM觀察，并采用數字圖像技術對顆粒進行了幾何學分析，提出了一種新穎的顆粒建模方法:將三角形/凸四邊形拉伸為三棱柱/六面體，再對實體進行棱角切割形成二十面體/二十六面體，如圖2a所示。圖2b和2c對比了Si C顆粒的SEM形貌觀察結果和基于幾何信息統計的理想顆粒幾何模型[8]，可以看出，Si C顆粒形狀基本相同。結合粒度分析儀統計的Si C顆粒幾何信息，能夠建立出結構特征更加真實的復合材料三維幾何模型[9](圖2d)。圖2 SiC顆粒和復合材料幾何模型:(a)顆粒建模流程[8],(b,c)顆粒形貌與模型對比[8],(d)SiCp/Al均勻復合材料模型[9]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ballistic performance of tungsten particle/metallic glass matrix composite long rod[J]. Ji-cheng Li,Xiao-wei Chen,Feng-lei Huang.  Defence Technology. 2019(02)
[2]顆粒增強金屬基復合材料的結構建模與力學模擬研究進展[J]. 俞洋,蘇益士,BERTHELOT Yann,歐陽求保,郭強,張荻.  中國材料進展. 2020(03)
[3]基于各向異性GTN模型的鋁合金損傷參數確定[J]. 肖晉,胡玉梅,金曉清,陳敏治,周迎娥,邵金華.  機械強度. 2018(05)
[4]微納疊層金屬復合材料的斷裂性能研究[J]. 劉志穎,郭強,張荻.  中國材料進展. 2018(02)
[5]使役條件下SiCp/Al復合材料的建模擬實[J]. 耿昆,張杰,張荻.  航空制造技術. 2017(17)
[6]金屬材料的構型復合化[J]. 郭強,李志強,趙蕾,李贊,馮思文,張荻.  中國材料進展. 2016(09)
[7]應變梯度理論的新進展（二）——基于細觀機制的MSG應變梯度塑性理論[J]. 黃克智,邱信明,姜漢卿.  機械強度. 1999(03)
[8]顆粒增強鋁基復合材料的制備及應用[J]. 桂滿昌,王殿斌,張洪,顏鳴皋,李昊,周彼德.  材料導報. 1996(03)

博士論文
[1]顆粒尺寸對SiCp/Al復合材料性能的影響規(guī)律及其數值模擬[D]. 晏義伍.哈爾濱工業(yè)大學 2007

碩士論文
[1]Al-B4C復合材料仿生輕質、高強結構設計與制備研究[D]. 魏子寬.吉林大學 2018



本文編號：3483367