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多粒径SiC颗粒增强铝基复合材料的力学性能数值模拟

作　者: 李建运
导　师: 张坚; 赵龙志
学　校: 华东交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 复合材料 多粒径 力学性能 有限元
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


SiC颗粒增强铝基复合材料是一种具有高比强度和高比刚度等优异的力学性能，可以应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育等领域。但是对于SiC颗粒增强铝基复合材料的基础研究还很薄弱，因此探究其力学行为对复合材料的工业应用具有重要意义。本文主要利用ANSYS有限元分析软件，完成对SiC颗粒增强复合材料有限元模型的建立，通过拉伸载荷从而实现复合材料力学性能数值模拟过程。然后分析了单一粒径SiC颗粒不同粒径大小、形状、体积分数以及颗粒表面的粗化程度等因素对复合材料的力学性能的影响。并分析了两种粒径SiC颗粒增强复合材料力学行为。模拟结果显示：对于单一粒径SiC颗粒增强铝基复合材料，材料本身的应力分布和大小与其结构有关。随着颗粒粒径尺寸的增大，界面处会产生应力集中，且屈服强度也会发生变化。复合材料中增强体颗粒的形状和颗粒体积分数是影响材料强度的重要因素。增强体颗粒的表面粗化对于球形颗粒复合材料的影响较小，但是可以导致材料内部的金属流动性存在差异。两种粒径的SiC颗粒增强铝基复合材料在不同的体积分数下力学行为也会发生改变。两种粒径混合增强复合材料比单一粒径的力学性能更好。数值模拟技术可以用于材料科学的研究，模拟的结果真实，所以对实际工程上的问题具有一定指导性的作用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
主要符号说明  7-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 前言  8
  1.2 铝基复合材料研究现状  8-17
    1.2.1 金属基复合材料概述  8-9
    1.2.2 铝基复合材料概述  9
    1.2.3 颗粒增强铝基复合材料  9-11
    1.2.4 混合颗粒增强铝基复合材料  11
    1.2.5 颗粒增强铝基复合材料制备工艺  11-14
    1.2.6 SiC 颗粒增强铝基复合材料的性能  14-16
    1.2.7 界面的结合方式  16-17
  1.3 课题的提出  17-20
    1.3.1 研究的意义  17
    1.3.2 研究的不足和发展趋势  17-18
    1.3.3 本课题研究的内容  18
    1.3.4 研究路线和方法  18-20
第二章 SiC 颗粒增强铝基复合材料有限元模型的建立  20-34
  2.1 有限元分析方法概述  20-24
    2.1.1 有限元法基本思想和发展概况  20-21
    2.1.2 有限元法分析问题的基本步骤  21-22
    2.1.3 有限元软件概况及选用  22-24
    2.1.4 ANSYS 软件功能简介  24
  2.2 模型的建立  24-33
    2.2.1 物理模型的建立  25-26
    2.2.2 实体模型的建立  26-28
    2.2.3 有限元模型的建立  28-33
  2.3 小结  33-34
第三章 单一粒径 SiC 颗粒增强铝基复合材料力学性能数值模拟  34-46
  3.1 前言  34
  3.2 SiC 颗粒对铝基体应力应变分布的影响  34-36
  3.3 不同粒径大小的 SiC 颗粒对复合材料的力学性能的影响  36-39
    3.3.1 SiC 颗粒尺寸大小的应力应变分析  37-39
    3.3.2 SiC 颗粒粒径大小对复合材料的屈服强度影响  39
  3.4 SiC 颗粒不同形状和体积分数的影响  39-42
    3.4.1 SiC 颗粒不同形状及体积分数的应力分析  40-41
    3.4.2 SiC 颗粒不同形状及体积分数对弹性模量影响  41-42
  3.5 SiC 颗粒表面粗化对复合材料的影响  42-44
    3.5.1 SiC 颗粒表面粗化对复合材料性能的影响  42-43
    3.5.2 SiC 颗粒表面粗化对金属流动行为的影响  43-44
  3.6 本章小结  44-46
第四章 两种粒径 SiC 颗粒混合增强铝基复合材料力学性能模拟  46-52
  4.1 前言  46
  4.2 堆积状态与体积分数对复合材料的影响  46-50
    4.2.1 堆积状态的选择  46-47
    4.2.2 体积分数对复合材料应力应变分布的影响  47-49
    4.2.3 体积分数对复合材料的力学性能的影响  49-50
  4.3 两种粒径与单一粒径复合材料力学性能的比较  50-51
  4.4 小结  51-52
第五章 总结与展望  52-54
  5.1 小结  52
  5.2 展望  52-54
参考文献  54-57
个人简历 在读期间发表的学术论文  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
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