微缺陷对高体积分数SiC_P/Al复合材料拉伸性能的影响

建立了高体积分数S iCP/A l复合材料的微缺陷有限元模型,对其拉伸力学特性进行了模拟计算。通过对含孔洞、界面脱粘等典型微缺陷的模拟,发现孔洞的存在对材料性能影响不大;界面脱粘对材料承载性能影响最大,脱粘界面面积的大小与复合材料承载能力成反比。微缺陷之间的相对位置对材料拉伸性能的影响不同,靠近孔洞处界面脱粘比背离孔洞处界面脱粘使材料承载性能下降更大。进一步多颗粒模型的模拟分析,发现高体积分数S iCP/A l复合材料的非线性拉伸曲线与其内部颗粒界面逐步脱粘存在有一定的关系。在开始加载阶段脱粘比例递增较快,在接近破坏时脱粘比例递增减慢。

平面编织复合材料层合板低速冲击后的拉伸性能

对两种不同铺层形式的平面编织复合材料层合板低速冲击后拉伸性能进行了实验研究,在此基础上建立了有限元损伤扩展仿真模拟。在所建立的有限元模型中,将低速冲击损伤等效为形状规则的软化夹杂,并针对两种铺层形式采用不同的损伤判据和模量衰减准则。研究结果表明:该有限元模拟结果与实验结果符合,说明该模型能够准确地预测低速冲击后平面编织复合材料层合板的损伤扩展规律和剩余拉伸强度;不同铺层形式的平面编织复合材料层合板在低速冲击后拉伸的损伤扩展规律不同;它们的冲击后拉伸强度降均>50%,在复合材料结构设计中应该受到重视。

SiC_P/Al复合材料的拉伸性能

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiCP/Al)复合材料的拉伸强度进行了试验研究。发现在较高应力水平下经过2次卸载的试件与未做卸载的试件相比,拉伸强度变化很小,说明加载-卸载过程对材料的拉伸强度影响不大。在试验研究的基础上,使用ANSYS软件建立了有限元模型,对SiCP/Al复合材料的拉伸特性进行了仿真模拟。研究结果表明,低体积分数SiCP/Al复合材料的力学性能更接近塑性材料;而高体积分数SiCP/Al复合材料的力学性能则接近于脆性材料。拉伸强度模拟计算误差非常小,基体破坏是导致高体积分数SiCP/Al复合材料破坏的主要因素。

高体积分数SiCp/Al合金复合材料非线性力学特性实验与数值模拟

进行了体积含量为55%的高体积分数SiC_P/Al合金复合材料拉伸特性实验,发现其应力-应变曲线具有明显的非线性特征.断口分析结果表明:高体积分数SiC_P/Al合金复合材料呈现典型的脆性平齐断口,SiC颗粒形状很不规则,且带有尖角,材料内部存在孔洞、微裂纹、界面脱黏等微观缺陷.针对断口分析结果,提出了两端带尖角的多边棱柱颗粒的体积单咆和组合单胞模型,适用于模拟SiC_P/Al合金复合材料颗粒形状不规则以及分布不均匀的情况,具有较好的预测精度.建立了含缺陷体积单胞和组合单胞模型,预测结果表明,界面脱黏是高体积分数SiC_P/Al复合材料拉伸应力-应变呈现非线性的主要原因.