【摘要】：本文以顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料為研究對(duì)象,利用有限元數(shù)值計(jì)算的研究方法,與細(xì)觀力學(xué)和復(fù)合材料力學(xué)等相結(jié)合的的方法,對(duì)不同的金屬基復(fù)合材料在拉伸載荷作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了此有限元分析方法的可靠性。首先,在平面問(wèn)題的彈塑性理論及其有限元離散的基礎(chǔ)上,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為非線性問(wèn)題的求解,并采用切線剛度法進(jìn)行求解。利用FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)二維彈塑性準(zhǔn)靜態(tài)有限元程序。利用不動(dòng)點(diǎn)迭代法,將有限元計(jì)算技術(shù)與細(xì)觀力學(xué)相結(jié)合,改進(jìn)前文中的二維彈塑性有限元程序,使程序?qū)崿F(xiàn)從宏觀均質(zhì)模型到細(xì)觀單胞模型的迭代計(jì)算過(guò)程。利用自編寫(xiě)的有限元程序,計(jì)算復(fù)合材料在不同溫度作用下的靜態(tài)拉伸力學(xué)性能,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了該有限元程序的可靠性。其次,針對(duì)Ti C顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料,基于均勻化理論,建立了反映該材料微觀結(jié)構(gòu)特征的有限元模型。對(duì)不同TiC顆粒形狀、大小以及體積百分含量對(duì)鈦基復(fù)合材料的等效力學(xué)性能的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了本文的數(shù)值計(jì)算方法可用于TiC顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的分析與研究,建立起復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)行為之間的關(guān)系。最后,對(duì)程序進(jìn)行推廣。以SiC顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料為研究對(duì)象,對(duì)不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,說(shuō)明這種與細(xì)觀力學(xué)和材料學(xué)相結(jié)合的有限元計(jì)算方法,可以再一定范圍內(nèi)用于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能計(jì)算。
[Abstract]:In this paper, the particle reinforced metal matrix composite material is taken as the research object, and the finite element numerical calculation method is used to combine the meso-mechanics and the composite mechanics, etc. The mechanical properties of different metal matrix composites under tensile loading are numerically simulated and compared with the experimental results, and the reliability of the finite element analysis method is verified. Firstly, based on the elastic-plastic theory of plane problem and the discretization of finite element method, the problem is transformed into the solution of nonlinear problem, and the tangent stiffness method is used to solve the problem. A two-dimensional elasto-plastic quasi-static finite element program is programmed in FORTRAN language. The two-dimensional elasto-plastic finite element program is improved by combining the finite element method with the meso-mechanics by using the fixed-point iteration method, so that the iterative calculation process from macro-homogeneous model to meso-cell model can be realized by the program. The static tensile mechanical properties of composites under different temperatures are calculated by using the self-compiled finite element program. The results are compared with the experimental results and the reliability of the finite element program is verified. Secondly, based on the homogenization theory, the finite element model of Ti-C particle reinforced titanium matrix composites is established to reflect the microstructure characteristics of the composites. The effects of the shape, size and volume fraction of TiC particles on the equivalent mechanical properties of titanium matrix composites were numerically simulated. Compared with the experimental results, the numerical calculation method presented in this paper can be used to analyze and study the mechanical properties of TiC particle reinforced titanium matrix composites, and the relationship between the microstructure and macro mechanical behavior of the composites is established. Finally, the program is extended. The mechanical properties of SiC particulate reinforced magnesium matrix composites with different volume fraction were calculated. The calculated results are in good agreement with the experimental results, indicating that the finite element method combined with meso-mechanics and material science can be used to calculate the mechanical properties of particle-reinforced metal matrix composites in a certain range.
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB331

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本文編號(hào)：2453888