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纤维增韧铁硼基复合材料中的应力分布

作　者: 李庆
导　师: 武建军
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料学
关键词: 纤维增韧复合材料残余热应力应力分布界面有限元
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

铁硼合金具有热传导性能好、耐液态金属腐蚀性能高等优点,在热镀锌工业中可用作内加热器的保护材料。但是铁硼化合物的力学性能较差,容易脆断,限制了铁硼合金的应用。通过在合金中加入连续纤维可以提高脆性合金部件的使用安全性和使用寿命。本文建立了纤维增韧复合材料的平面应力模型,应用有限元方法计算了复合材料中的残余热应力分布、在拉伸载荷下的应力分布,研究了界面结合强度对复合材料抗拉强度的影响。计算结果表明,沿着纤维轴向复合材料基体中的残余热应力为拉应力,纤维中的残余热应力为压应力。随着纤维体积分数的增加,基体中的残余拉应力逐渐增加,纤维中的残余压应力逐渐下降,基体中应力变化程度小于纤维中应力变化程度。纤维体积分数的增加有利于提高复合材料的强度,强界面结合抵抗破坏和失效的能力更强。在影响界面强度的诸因素中,界面切向粘结强度对复合材料抗拉强度的影响最大。相同的界面粘结强度条件下,钼纤维复合材料的抗拉强度比碳纤维复合材料要高。采用熔铸法制备了钼丝增强铁硼复合材料,并对复合材料进行了力学性能测试。试验结果表明,计算的结果基本与试验结果吻合较好。本文通过数值模拟方法得到的结论为连续纤维增韧复合材料的设计提供了理论支持。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-16
  §1-1 脆性材料的增韧方法及机理  8-10
    1-1-1 相变增韧  8-9
    1-1-2 微裂纹增韧  9
    1-1-3 延性相增韧  9
    1-1-4 纤维增韧  9-10
  §1-2 复合材料中的界面  10-13
    1-2-1 界面的数值模拟  10-11
    1-2-2 界面失效和破坏机理  11-12
    1-2-3 界面的改性  12-13
  §1-3 复合材料中的残余热应力  13-15
    1-3-1 残余热应力的产生原因  13
    1-3-2 残余应力的影响因素  13-14
    1-3-3 残余热应力对复合材料的影响  14-15
  §1-4 研究的主要内容和意义  15-16
第二章热应力与拉伸过程的有限元解法  16-22
  §2-1 有限元方法基本理论与求解步骤  16-17
    2-1-1 有限元分析的基本理论  16
    2-1-2 有限元分析的基本步骤  16-17
    2-1-3 热应力的计算  17
  §2-2 复合材料有限元分析方法  17-19
    2-2-1 纤维拔出过程有限元模型  17-18
    2-2-2 界面脱粘过程  18-19
  §2-3 材料失效过程的模拟  19-22
    2-3-1 材料的失效过程  19-21
    2-3-2 失效材料单元的处理  21-22
第三章材料的制备与测试方法  22-27
  §3-1 试验材料的制备方法  22-24
    3-1-1 试验合金制备流程  22
    3-1-2 基体原料配比  22-24
  §3-2 纤维增强复合材料的制备  24-26
    3-2-1 增韧纤维  24
    3-2-2 复合材料制备工艺  24-26
  §3-3 材料性能参数测试  26-27
    3-3-1 抗拉强度  26
    3-3-2 热膨胀系数的测定  26-27
第四章界面对复合材料力学性能的影响  27-38
  §4-1 界面模型  27-28
  §4-2 界面强度对残余热应力分布的影响  28-34
    4-2-1 复合材料计算模型及步骤  28-30
    4-2-2 材料性能参数  30-31
    4-2-3 界面强度对残余热应力分布的影响  31-32
    4-2-4 界面强度对脱粘温度的影响  32-34
  §4-3 界面强度对复合材料强度的影响  34-37
  §4-4 本章小结  37-38
第五章纤维增韧复合材料中的应力分布  38-43
  §5-1 复合材料残余应力分布  38
  §5-2 拉伸荷载下复合材料中应力分布  38-42
  §5-3 本章小结  42-43
第六章结论  43-44
参考文献  44-49
致谢  49-50
攻读学位期间所取得的相关科研成果  50

纤维增韧铁硼基复合材料中的应力分布

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