收藏本站
《武汉理工大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

颗粒增强金属基复合材料动态力学性能的实验研究与数值模拟

张江涛  
【摘要】: 颗粒增强金属基复合材料(Particle Reinforced Metal Matrix Composites,PRMMCs)具有高比刚度、比强度、良好的抗磨擦和抗冲击等优异的力学性能,在航天航空、汽车、电子以及国防等诸多领域有广泛的应用前景。PRMMCs在冲击载荷作用下的变形损伤机理和动态力学性能的研究具重要的科学价值和工程应用指导意义。 本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法研究了PRMMCs的动态力学性能,建立了预测PRMMCs动态力学性能的计算细观力学模型,重点研究了颗粒的形状、分布、方向和界面状况等因素对PRMMCs的变形损伤机理和动态力学性能的影响。 论文首先对SiC颗粒增强铝基复合材料的变形损伤机理和动态力学性能进行了实验研究。SiC颗粒增强铝基复合材料采用放电等离子烧结(Spark PlasmaSintering,SPS)技术制备,并用分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson PressureBar,SHPB)装置测试其动态力学性能。主要研究了粉末混合工艺、颗粒大小及含量对复合材料在准静态和动态加载条件下的变形损伤机理和力学性能的影响。研究发现粉末混合工艺对复合材料的微观结构、界面状况和力学性能有重要影响。材料屈服强度、动态流动应力和应变率敏感性随颗粒含量的增加而增加。在冲击载荷作用下,由于颗粒破坏、界面脱粘以及绝热升温的影响,材料在发生较大压缩变形时会出现应变软化。随颗粒尺寸的减小,材料的屈服强度和动态流动应力增加,材料的应变率敏感性降低,发生应变软化时的应变减小。 在实验研究的基础上,论文提出了两种建立计算细观力学模型的方法,即虚拟随机分布多颗粒模型和基于PRMMCs的SEM图片建立模型,并分别用这两种模型预测了PRMMCs的变形损伤机理和动态力学性能。为了研究界面对材料性能的影响,分别采用了完美界面模型、独立界面层模型和耦合界面节点模型对界面进行模拟。在拉伸失效分析模型中分别采用了单元失效方式和节点耦合失效方式模拟裂纹的扩展。 利用虚拟随机分布多颗粒模型,首先通过大量的数值模拟,分别比较了动态压缩时不同界面计算模型的预测结果和动态拉伸时不同断裂失效方式计算模型的预测结果,研究了网格尺寸、界面强度、模型所含颗粒的数量和颗粒分布对计算结果的影响。随后通过与实验结果的比较,分析了各种细观结构模型和材料模型的有效性。研究结果表明,在动态压缩加载条件下,采用弹性夹杂模型时预测的PRMMCs的流动应力偏高,而采用Johnson-Holmquist陶瓷材料模型时,各种有限元模型预测的PRMMCs的流动应力与实验结果基本吻合。基于SEM图片建立的计算模型中颗粒形状不规则,颗粒对基体约束较强,预测得到的PRMMCs的初始屈服强度和流动应力比采用规则形状夹杂模型高。在动态拉伸载荷条件下,各种模型都能较好的预测材料的弹性性质和初始屈服应力,能够较好的反映界面性质和颗粒分布对断裂面形貌的影响。 论文最后用具有完美界面的随机分布多颗粒模型分析了颗粒的含量、形状和方向性对PRMMCs的变形损伤机理和动态压缩力学性能的影响。研究表明复合材料的屈服强度、动态流动应力和应变率敏感性随颗粒体积含量的增加而增加。带角的颗粒增强效果较强;颗粒的长轴方向越接近加载方向,复合材料的强度越高,在大变形时颗粒损伤也越严重,材料的应变硬化和应变率敏感性就越低。颗粒的长轴沿垂直于加载方向的模型具有较高的应变率敏感性和强度。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O341

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘加奇;卢咏来;杨海波;张立群;;粒子空间分布与复合材料导热性能关系的模拟研究[J];复合材料学报;2011年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 曹东风;细观特征对SiCp/Al复合材料力学行为影响的实验及数值研究[D];武汉理工大学;2011年
2 王立闻;活性粉末混凝土高温后动力学特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘加奇;聚合物基复合材料导热性能的数值模拟研究[D];北京化工大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱和祥,黎祚坚,陈国平;碳化硅颗粒增强铝基复合材料的发展概况[J];材料导报;1995年03期
2 程秀兰,潘复生;金属基复合材料的反应合成技术[J];材料导报;1995年05期
3 樊建中,桑吉梅,张永忠,张奎,吕晋宁,张少明,石力开;混粉方法对SiC_p(B_4C_p)/Al复合材料增强体颗粒分布均匀性的影响[J];稀有金属材料与工程;1999年02期
4 钱立和,王中光,小林俊郎,户田裕之;SiC颗粒增强6061Al基复合材料的动态拉伸性能 Ⅰ应变硬化[J];材料研究学报;2002年03期
5 樊建中,张奎,张永忠,吕晋宁,桑吉梅,张少明,石力开;高能球磨(B_4C)_p/6061A1复合粉末特征[J];粉末冶金技术;1998年03期
6 黄晨光,段祝平,吕毓雄,LIRKY;MMCs的冲击力学性能及拉压不对称性研究[J];复合材料学报;2001年01期
7 王人杰,罗海安;具有理想与非理想界面的双材料四点弯曲试件的界面断裂韧性[J];复合材料学报;1996年04期
8 秦蜀懿,王文龙,张国定;颗粒形状对SiC_p/LD2复合材料塑性的影响[J];金属学报;1998年11期
9 夏蒙棼,韩闻生,柯孚久,白以龙;统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变[J];力学进展;1995年01期
10 方岱宁,周储伟;有限元计算细观力学对复合材料力学行为的数值分析[J];力学进展;1998年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 徐成宇;放电等离子烧结高强度铝合金的组织与性能[D];吉林大学;2005年
2 魏悦广;纤维增强复合材料压缩破坏的细观力学研究[D];清华大学;1992年
3 顾晓峰;SiCp/Al复合材料的制备及其器件的研制[D];武汉理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 逄婷婷;放电等离子烧结技术制备TiB_2细晶材料的研究[D];武汉理工大学;2002年
2 李洪武;亚微米颗粒增强铝基复合材料的制备、组织与性能研究[D];中南大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙建运,李国强;爆炸荷载作用下弹性梁的能量解析法分析[J];四川建筑科学研究;2005年05期
2 孙建运;李国强;;动力荷载作用下固体材料本构模型研究的进展[J];四川建筑科学研究;2006年05期
3 辜文杰;李刚;谢云;;结构抗冲击设计的泰勒理论修正及计算机模拟[J];四川建筑科学研究;2008年02期
4 罗晓勇;施养杭;;混凝土断裂的研究现状与展望[J];四川建筑科学研究;2008年06期
5 季葆华;王自强;;ELASTIC-PLASTIC CONSTITUTIVE RELATION OF PARTICLE REINFORCED COMPOSITES[J];Acta Mechanica Sinica;1999年04期
6 白以龙;夏蒙棼;柯孚久;李晖凌;;CLOSED TRANS-SCALE STATISTICAL MICRODAMAGE MECHANICS[J];Acta Mechanica Sinica;2002年01期
7 汪海英;白以龙;夏蒙棼;柯孚久;;SPALLATION ANALYSIS WITH A CLOSED TRANS-SCALE FORMULATION OF DAMAGE EVOLUTION[J];Acta Mechanica Sinica;2004年04期
8 Y.L.Bai;H.Y.Wang;M.F.Xia;F.J.Ke;;Trans-scale mechanics: looking for the missing links between continuum and micro/nanoscopic reality[J];Acta Mechanica Sinica;2008年02期
9 王广山;李胜利;徐博;;轴承钢水冷的实验模拟研究[J];鞍山科技大学学报;2006年01期
10 俞祁治,朱元林,何平,张健明;冲量及含水量对冻结黄土冲击韧度的影响[J];冰川冻土;1995年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘兰俊;郭蕾蕾;祖方遒;魏传颖;;熔体结构对Bi-20%Sb合金凝固行为及组织的影响[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
2 刘政军;苏允海;;M_7C_3的形态分布对铁基复合层耐磨性能的影响[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
3 马惠霞;李文竹;黄磊;王晓峰;隋晓红;;轴承钢中硫化物夹杂疲劳裂纹的微观分析[A];全国冶金物理测试信息网建网30周年学术论文集[C];2011年
4 张勇;谢红霞;马铁军;李鹏雁;;不锈钢电阻点焊熔核冷却速度的计算[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
5 王瑞春;曹志佳;白彦华;李荣德;;脉冲电流对铝及铝合金凝固过程作用的研究综述[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
6 刘孝福;娄延春;苏贵桥;于波;李长春;郭新力;李巍;;抽拉速率对高温合金叶片LMC法定向凝固组织的影响[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
7 魏志刚;李永池;胡时胜;胡秀章;;两相钨合金复合材料的绝热剪切变形局域化研究[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
8 闫世凯;袁方利;胡鹏;白柳杨;李晋林;;RF等离子体球化制备球形氧化铝和氧化硅[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(上)[C];2006年
9 唐志平;;冲击相变结构力学和SMA悬臂梁冲击响应特性研究[A];第八届全国冲击动力学学术讨论会会议论文集[C];2007年
10 宋卫东;刘海燕;宁建国;;钨合金材料的动态拉伸实验研究[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
2 曲嘉;钢纤维混凝土劈拉强度的实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
4 梅向阳;真空定向凝固法去除硅中金属杂质和晶体生长控制的研究[D];昆明理工大学;2010年
5 王春建;Mg-Al系合金晶粒细化机理研究[D];昆明理工大学;2010年
6 左敏;Al-X(Si,Zr,Ca)-P合金中磷化物的研究[D];山东大学;2010年
7 竺铝涛;纤维力学性质应变率效应和针织复合材料弹道冲击破坏机理[D];东华大学;2010年
8 徐松林;PTFE/A1含能反应材料力学性能研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 慈鸿钢;外加直流磁场对等离子弧堆焊层组织及性能的影响研究[D];沈阳工业大学;2011年
10 彭元东;微波加热机制及粉末冶金材料烧结特性研究[D];中南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋建军;二维超声无磨料抛光工艺参数优选试验研究[D];河南理工大学;2010年
2 董翠粉;快速凝固Al-Fe-Y/La合金组织和性能的研究[D];河南理工大学;2010年
3 王锦永;FeCoNiCr基多主元合金的定向凝固组织演化及电化学腐蚀行为[D];河南理工大学;2010年
4 王茜;时效处理对快速凝固Cu-Cr合金组织性能的影响[D];河南理工大学;2010年
5 姜丽红;功率超声对流动A356熔体半固态组织的影响研究[D];南昌航空大学;2010年
6 赵火平;原位合成TiB_2/Al-4Cu复合材料组织和性能的研究[D];南昌航空大学;2010年
7 吴小超;稀土元素与凝固速度对AZ31-RE-Sb组织及相组成的影响[D];郑州大学;2010年
8 李凯;微/纳米颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
9 王丽丽;基于Wi-Fi的无线数据采集系统研究[D];郑州大学;2010年
10 胡金萍;蜂窝夹芯板动态力学行为研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 闫刚;魏伯荣;杨海涛;肖琰;;聚合物基复合材料导热模型及其研究进展[J];玻璃钢/复合材料;2006年03期
2 宗福开;波传播问题中有限元分析的频散特性及离散化准则[J];爆炸与冲击;1984年04期
3 周风华,王札立,胡时胜;有机玻璃在高应变率下的损伤型非线性粘弹性本构关系及破坏准则[J];爆炸与冲击;1992年04期
4 刘孝敏,胡时胜;应力脉冲在变截面SHPB锥杆中的传播特性[J];爆炸与冲击;2000年02期
5 胡时胜,王道荣;冲击载荷下混凝土材料的动态本构关系[J];爆炸与冲击;2002年03期
6 巫绪涛;胡时胜;田杰;;PVDF应力测量技术及在混凝土冲击实验中的应用[J];爆炸与冲击;2007年05期
7 巫绪涛;孙善飞;李和平;;用HJC本构模型模拟混凝土SHPB实验[J];爆炸与冲击;2009年02期
8 陈万祥;郭志昆;;活性粉末混凝土基表面异形遮弹层的抗侵彻特性[J];爆炸与冲击;2010年01期
9 席道瑛,郑永来;PVDF压电计在动态应力测量中的应用[J];爆炸与冲击;1995年02期
10 时术兆;齐砚勇;严云;潘思娟;;纤维增强活性粉末混凝土高温力学性能的实验研究[J];材料导报;2009年10期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 覃丽坤;高温及冻融循环后混凝土多轴强度和变形试验研究[D];大连理工大学;2003年
2 巫绪涛;钢纤维高强混凝土动态力学性质的研究[D];中国科学技术大学;2006年
3 郭永进;基于Taylor关系的非局部塑性理论的应用与发展[D];清华大学;2000年
4 夏晓舟;混凝土细观数值仿真及宏细观力学研究[D];河海大学;2007年
5 黄敏生;韧性材料损伤的微尺度效应及其机理[D];华中科技大学;2006年
6 何振军;高温前后高强混凝土多轴力学性能试验研究[D];大连理工大学;2008年
7 侯传涛;晶体材料循环变形的微尺度效应及其离散位错模拟[D];华中科技大学;2009年
8 张明波;基于承载力控制的预应力RPC梁设计理论研究[D];北京交通大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 孟宏睿;高温作用后混凝土力学性能及无损检测的试验研究[D];西安建筑科技大学;2005年
2 蒋玉川;普通强度高性能混凝土的高温性能特征[D];北京交通大学;2007年
3 程龙;混杂纤维混凝土高温后力学性能试验研究[D];武汉理工大学;2007年
4 段旭杰;钢纤维混凝土的高温爆裂行为与渗透性演变特征[D];北京交通大学;2008年
5 董衍伟;混杂纤维混凝土高温和碳化性能试验研究[D];华侨大学;2009年
6 王峥;混凝土高温后力学性能的试验研究[D];大连理工大学;2010年
7 陈强;高温对活性粉末混凝土高温爆裂行为和力学性能的影响[D];北京交通大学;2010年
8 张伟;聚丙烯纤维高强混凝土的力学性能试验研究[D];太原理工大学;2010年
【二级引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李明辉;万怡灶;;球磨混合法制备聚丙烯导热绝缘复合材料的研究[A];第17届全国复合材料学术会议(智能与功能复合材料分论坛)论文集[C];2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程羽,郭生武,郭成,陈金德;热挤压对颗粒增强金属基复合材料组织和性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2000年02期
2 郭洪光;光电器件用金属基复合材料研究进展[J];兵器材料科学与工程;1996年04期
3 陈昌明,张立同,周万诚,成来飞;硼化物陶瓷及其应用[J];兵器材料科学与工程;1997年02期
4 陈建,潘复生;合金元素影响铝/陶瓷界面润湿性的研究现状[J];兵器材料科学与工程;1999年04期
5 杨滨,王锋,黄赞军,段先进,张济山;原位反应TiC颗粒对喷射沉积Al-20Si-5Fe合金微观组织的影响[J];北京科技大学学报;2001年01期
6 王玲;用化学镀实现陶瓷微粒表面金属化[J];材料保护;1998年07期
7 杨霓虹;原位生成增强体金属基复合材料及其应用前景[J];材料导报;1993年01期
8 彭晓东,钱翰城;金属基复合材料喷射沉积技术[J];材料导报;1993年02期
9 李凝芳,周毅;氮化铝(A1N)粉末的合成与高热导率A1N基片的研制[J];材料导报;1994年02期
10 喻学斌,吴人洁,张国定;金属基电子封装复合材料的研究现状及发展[J];材料导报;1994年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 贺春林;碳化硅颗粒增强铝基复合材料的微结构和力学与腐蚀行为研究[D];东北大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王勇华;梁小燕;王正道;安明喆;阎贵平;;活性粉末混凝土冲击压缩性能实验研究[J];工程力学;2008年11期
2 应海宁;;三维波动方程的有限元-差分法偏移[J];石油地球物理勘探;1983年05期
3 张江甫;;二维稳定温度场的有限元集体分配法[J];人民黄河;1984年01期
4 顾志建;;有限元分配法的一般形式及其收敛性[J];四川大学学报(工程科学版);1986年04期
5 徐宜桂,胡德明;用FEM-BEM联合方法求解局部应力[J];力学与实践;1987年S1期
6 狄生林,吴长春,宋启根;杂交应力通用壳元的模式优化[J];固体力学学报;1989年03期
7 李青,李卫;求解弹性接触问题余能泛函的Lemke法[J];湖南大学学报(自然科学版);1990年04期
8 王树真;纪多辙;;弹塑性壳体弯曲分析的广义协调元方法[J];河南理工大学学报(自然科学版);1991年04期
9 汤晓钟;;静电场第四类边值问题的改进算法[J];西南交通大学学报;1992年02期
10 曾攀;高庆;;损伤失效分析的数值原理及有限元列式[J];西南交通大学学报;1992年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘翌勋;宋志坚;;神经外科导航系统中脑组织变形的研究[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
2 魏涛;黄志雄;石敏先;;P82/EP复合材料动态力学性能研究[A];第十七届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2008年
3 谢永亮;黄海峰;卢玉松;方坤;;冲击荷载作用下混凝土动态力学性能实验研究[A];第14届全国结构工程学术会议论文集(第一册)[C];2005年
4 刘明路;赵金城;靳猛;;火灾作用下海洋平台温度场研究[A];第九届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2009年
5 叶宏武;;安全气囊排气孔的优化设计[A];铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2009年
6 喻伟明;佘成学;;洮水水库工程混凝土面板堆石坝变形应力分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
7 张超;闫卓;杨庆新;陈海燕;;无接触电能传输系统可分离变压器耦合性能研究[A];天津市电机工程学会2009年学术年会论文集[C];2009年
8 姜燕;乐金朝;;沥青路面Ⅰ型裂纹扩展的理论分析与数值仿真[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 钱秀清;张建宇;费斌军;;摩擦对球形压头压入应力应变曲线识别的影响[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
10 张延庆;龙驭球;;COONS曲面法构造中厚壳ACM元[A];第二届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1993年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 胡建新;有限元的探索[N];光明日报;2002年
2 迪声;新船重工修炼有限元分析能力[N];中国船舶报;2005年
3 胡荣 蒋冬青;管磨机中空轴应力的有限元分析法[N];中国建材报;2004年
4 本报记者 黄震;环保省油新概念[N];当代汽车报;2006年
5 本报记者 黄震;向经典致敬[N];当代汽车报;2006年
6 李玉芳 李明;高熔体强度聚丙烯的应用[N];中国包装报;2008年
7 平安期货 罗俊江;利用GARCH模型预测期指套保比例[N];证券时报;2008年
8 黄红立;高速列车制动系统有了新材料[N];光明日报;2005年
9 曹锐;用NEFMAC加固房屋[N];建筑时报;2003年
10 芳伟;我们与国外印机行业的差距在哪里[N];中国包装报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张江涛;颗粒增强金属基复合材料动态力学性能的实验研究与数值模拟[D];武汉理工大学;2007年
2 武云鹏;有限元线法求解时域问题的研究[D];清华大学;2004年
3 陈强;挥鞭样损伤的生物力学和临床研究[D];第二军医大学;2005年
4 王明波;磨料水射流结构特性与破岩机理研究[D];中国石油大学;2007年
5 李松生;超高速电主轴球轴承—转子系统动力学性能的研究[D];上海大学;2006年
6 谭柱华;高体积分数金属基复合材料SiCp/2024Al动态力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 刘筱玲;钨合金材料宏微观性能分析及动态性能测试研究[D];西南交通大学;2008年
8 王政;弹靶侵彻动态响应的理论与数值分析[D];复旦大学;2005年
9 蔡向荣;超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析[D];大连理工大学;2010年
10 王宝珍;肌肉类软组织动态力学性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏要强;TBM后配套管片自动拼装机设计及研究[D];武汉大学;2005年
2 陈宾;支盘桩的承载特性与极限承载力预测[D];中南大学;2008年
3 张伟;机车轮对轮箍加装扣环方案的力学性能分析[D];武汉理工大学;2005年
4 李昕;坝内埋管极限状态及设计方法研究[D];武汉大学;2005年
5 赵伟;桩土相互作用的数值分析与计算机模拟[D];辽宁工程技术大学;2002年
6 刘永志;温度场的有限元数值模拟及其在塑件和模具冷却分析中的应用[D];郑州大学;2003年
7 杨超;基于有限元的结构分析及可视化研究[D];成都理工大学;2004年
8 徐建丽;高柔性压边多点成形过程的数值模拟研究[D];吉林大学;2004年
9 凌广;钢筋混凝土的三维非线性有限元分析[D];西南交通大学;2003年
10 宗欣;面向对象非线性有限元程序设计方法研究[D];中国工程物理研究院;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026