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基于细观有限元方法的复合材料横向力学性能分析

刘万雷 , 常新龙 , 张晓军 , 张磊

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.11.018

横向断裂是制约复合材料结构设计的关键点,传统细观模型因为不能充分考虑组分性能、体积分数和纤维形状及分布情况而不能有效预测材料横向力学性能。采用改进的随机序列吸收算法建立具有随机纤维分布的复合材料代表性体积单胞模型,考虑基体破坏和界面脱粘两种失效模式和固化过程中产生的残余应力,对模型在横向拉、压、剪3种载荷下的力学行为进行仿真计算。分析了不同界面强度对复合材料力学性能的影响规律。仿真结果与实验数据对比表明:横向模量预测误差在7%以内,压缩和剪切的强度误差在8%以内,结果一致性较好,表明该模型能够有效预测复合材料横向力学性能。

关键词: 复合材料 , 细观有限元 , 残余应力 , 界面强度 , 横向力学性能

Nb-16Si-10Ti-10Mo-5Hf原位复合材料拉伸性能及其变形机制

李来平 , 喻吉良 , 张如 , 胡忠武 , 郑欣 , 夏明星 , 蔡小梅 , 王峰

稀有金属

采用机械合金化和放电等离子烧结方法制备了Nb-16Si-10Ti-10Mo-5Hf原位复合材料.采用不同温度下的拉伸试验评价了其力学性能,结合其不同温度下的断口形貌研究了其变形机制.结果表明,复合材料的微观组织由Nbss(铌固溶体)、金属间化合物Nb5Si3和少量的Nb3Si相组成,晶粒呈等轴状.室温和1200℃抗拉强度分别为413和496 MPa.从室温到1200℃拉伸断裂方式为Nb5Si3相解理脆性断裂,1200℃拉伸延伸率仅为1.2%;然而,在1300℃拉伸试验中,其拉伸延伸率为27%,这归因于Nbss延性的增加和界面/晶界强度的降低;在1400℃和更高的温度,材料具有极大的塑性或超塑性,塑性变形机制由晶内滑移转变为晶界滑移.晶界滑移在三叉晶界处产生的应力集中通过软化的Nbss协调而释放,从而避免了早期断裂.

关键词: 金属间化合物 , 拉伸性能 , 界面强度 , 断裂行为 , 塑性

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