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颗粒增强金属基复合材料论文基于周期性边界条件的颗粒颗粒增强金属基复合材料论文基于周期性边界条件的颗粒 增强金属基复合材料棘增强金属基复合材料棘 颗粒增强金属基复合材料论文基于周期性边界条件的颗粒增强金属 基复合材料棘轮行为的数值模拟颗粒增强金属基复合材料论文基于 周期性边界条件的颗粒增强金属基复合材料棘轮行为的数值模拟 中文摘要 材料在非对称应力循环加载时 由于平均应力的存在 导 致塑性应变沿平均应力方向积累 这种应变积累称为棘轮应变或棘轮 效应 ratcheting 由于复合材料内部结构的复杂性 对其棘轮效应进行的研究成为了难 点与热点 并出现了不少实验及理论方面的研究成果 近年来 得益于计算机的迅猛发展 将有限元软件应用到对复合材料 棘轮效应的数值模拟研究中 不仅大大提高了计算效率 而且加快了 实验及理论的研究进度 本文采用3D弹塑性有限元模型对SiCp 6061Al复合材料的棘轮行为进 行研究 1 借助已有循环本构关系的有限元实现 采用随机序列吸附 RSA 和 统计平均方法 建立3 D多颗粒单胞模型对SiC颗粒增强6061A1合金复合材料的单拉行为 单轴棘轮行为进行有限元分析 结果表明单个数值模拟结果往往具有 较大分散性 统计平均方法降低了模拟结果分散性 使所得规律具有 较高的可信性 2 通过Hypermesh软件辅助建立可施加周期性边界条件的三维有限 元单胞模型 分别采用周期性边界条件与简化边界条件对SiC颗粒增强6061Al合金 复合材料的单轴循环变形行为进行模拟 结果表明两种边界条件的计 算结果有较大的差别 与试验结果相比 周期性边界条件比简化边界 条件更加合理 3 使用施加了周期性边界条件的三维有限元单胞模型 模拟SiC颗粒 增强6061A1合金复合材料在单轴加载条件下的单拉及棘轮行为 讨论 增强颗粒的尺寸颗粒形状以及分布方式等微结构效应对复合材料力 学性能的影响 发现颗粒数目越多 尺寸越小 复合材料抵抗变形的能力越强 颗粒 的边界越尖锐 对复合材料的增强效果越好 颗粒堆积分布 复合材 料的流动应力越高 英文摘要 When thematerials andstructures subjectedto a cyclic stressingwith non zero meanstress acyclicaumulation ofinelastic deformationwill ourin thedirection ofaverage stress which iscalled ratchetting Due tothe plicatedinternal structureof the posites the researchof the ratchetting effect of the posites isvery difficult Domestic andinternational scholarshad alot ofresearches and attainedvaluable experimentaland theoreticalachievements Recently following therapid developmentof puter finite elementsoftwares havebeen usedin numerical simulation forthe ratchettingeffectof theposites which greatlyimprove thecalculation efficiencyand aeleratethe experimentaland theoreticalresearch progress Three dimensional elastic plastic finiteelement modelswere usedto analyzetheratchetting behavior of SiC 6061Al posites Firstly the effectsof stochasticproperties of SiC particleson theratchettingbehaviorofSiC 6061Al positeswere numericallyanalyzed byemploying a3D multi particulate unitcell andusing anexisted cyclionstitutive model A3D multi particle unitcell containingrandomly distributedparticle wasgenerated byRandom SequentialAdsorption RSA method in the simulation It isshown fromthe resultsthat results of the singlenumerical simulationindicated dispersion The introductionof statisticalmethod decreasesthe dispersibilityof thesimulation results the reliabilityof resultswere highlyincreased Secondly the three dimensional simulationmodel which canbe appliedin periodicboundary conditions had beenbuilt byused Hypermesh The periodicboundary conditionsand simplifiedboundary conditionswere usedto simulate the cyclicdeformation behaviors ofSiC 6061Al posites It isshown fromthe resultsthat there isa relativelylarge deviationfor calculatingresults undertwo kindsof boundary conditions and thenumerical resultswith periodicboundary conditionssatisfy experimentaldata showing theresult ismore reasonable Thirdly simulatethemonotonic tensileand ratchettingbehaviorsofSiC 6O61Al positeswith periodicboundary condition The microscopicfeatures such asthe particulateshape numbers andsize aswell asthe arrangement were concernedinthenumericalsimulationof theratchetting mechanicalproperties of theposites It isconcluded thatincreasing theparticulate numbersand decreasingparticulate sizecontained inthe unitcell canenhance the reinforcement of the particles The boundaryoftheparticulate ismore poignant thereinforcementoftheparticles ismore enhanced increasing thestacking densityoftheparticles canenhance theflow stressoftheposites 关键词 颗粒增强金属基复合材料棘轮行为 随机分布统计平均周期性边界条件 英文关键词 particle reinforcedmetal matrixposite ratchetingrandom sequentialadsorption statisticalmethod periodicboundarycondition 目录 基于周期性边界条件的颗粒增 强金属基复合材料棘轮行为的数值模拟摘要6 7Abstract7 8第1章绪论11 191 1复合材料棘轮效应的研究意义11 121 2国内外研究现状12 171 2 1复合材料变形行为的实验研究现状12 141 2 2复合材料变形行为的理论研究现状14 151 2 3复合材料变形行为的有限元分析研究现状15 171 3现有研究的不足17 181 4本论文的主要工作18 19第2章颗粒随机分布理论以及统计平均化理论19 292 1颗粒随机分布理论19 232 1 1颗粒随机分布理论的意义19 202 1 2颗粒随机分布理论的数值实现20 232 2统计平均原理23 242 3颗粒随机分布理论与统计平均原理的应用24 282 3 1有限元模型及材料参数242 3 2统计平均理论的模拟结果和 讨论24 252 3 3颗粒分布方式及其随机特性的影响25 282 4本章小结28 29第3章周期性边界条件29 433 1周期性边界条件的意义29 323 2周期性网格的建立32 363 2 1Hypermesh软件介绍32 333 2 2Hypermesh软件周期性网格的建立过程33 343 2 3节点耦合方程的建立34 363 3周期性边界条件在复合材料数值模拟中的应用36 403 3 1有限元模型及加载条件363 3 2结果分析与讨论36 403 4单元类型对复合材料棘轮行为的影响40 423 5本章小结42 43第4章颗粒数目对复合材料棘轮行为的影响43 504 1有限元模