多边形颗粒随机分布复合材料的模拟及其网格算法

针对颗粒为多边形且呈随机分布的多相复合材料,给出了计算机模拟.同时,对此二维区域提供了一个自动三角形网格剖分算法.通过程序实现,用实例说明了算法的有效性.此算法可推广到三维情形,如:裂纹材料等.

通过基体晶粒和颗粒分布异质结构的调控协同提升AlN_(p)/Al复合材料的强度-塑性

为了获得优异的强塑性能,采用液固反应结合后续的热机械处理方法制备了3种具有不同微观组织构型的异构AlNp/Al复合材料,详细研究了AlN颗粒分布和基体晶粒组织构型对拉伸强度和塑性的影响。结果表明,复合材料的强度和塑性同时提高。其中,具有较弥散颗粒分布的Uniformed-AlNp/Al复合材料表现出优异的极限抗拉强度(~387 MPa)和断裂伸长率(~9.1%)。与其他文献报道的颗粒增强铝基复合材料相比,该复合材料具有较好的比强度和延展性组合。此外,计算了异质变形诱导(HDI)应力。结果表明,在Uniformed-AlNp/Al复合材料中,HDI应力显著增加。揭示了HDI应力在提高AlNp/Al复合材料的强度和塑性中起着至关重要的作用。

颗粒随机分布复合材料的细观构造对有效热传导系数的影响

结合建立的颗粒随机分布复合材料的微结构模型和基于均匀化理论统计的双尺度计算方法,针对氮化硼颗粒增强高密度聚乙烯(BN/HDPE)复合材料,研究了颗粒形状、体积分数和空间分布参数等微结构特征对复合材料有效热传导系数的影响。结果表明:颗粒体积分数的增加将导致有效热传导系数升高;球形颗粒的位置参数、长椭球颗粒的取向程度都对有效热传导系数有重要影响。数值试验表明,材料的微结构特征对复合材料的有效热传导系数具有极大影响。

激光熔化沉积TiC/TC4复合材料热-流行为及陶瓷颗粒分布状态

颗粒增强钛基复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景,采用仿真与试验相结合的方法,对激光熔化沉积TiC/TC4复合材料过程中的热-流行为和沉积层中陶瓷颗粒的分布状态进行了研究.结果表明,工艺参数对熔池的热-流行为及沉积层形貌具有显著的影响,熔池表面的流体流动呈波纹状,熔融金属从熔池中心向四周流动;熔池底部等温面上熔融金属从四周流向熔池底部,并出现漩涡现象.在激光熔化沉积过程中,TiC颗粒穿透熔池表面的Marangoni对流区,在熔池中与流体交互作用,最终在沉积层中出现沉积层中上方部位团聚、沉积层中下方部位团聚、沉积层中均匀分布等分布状态.

一种颗粒随机分布复合材料弹性位移场均匀化方法的理论分析

针对计算随机颗粒分布复合材料弹性位移/力学场时,采用样本求力学性能期望值需要花费大量时间和内存的问题,给出了一种计算颗粒随机分布复合材料弹性位移场的均匀化方法,并且获得了均匀化位移场与期望位移场之间的一种理论误差,首先由复合材料的特性定义了均匀化理论的随机场和概率空间,然后结合单胞内颗粒随机分布复合材料的特性做了一些合理假设得到了在整个颗粒随机分布复合材料组成区域上的期望位移场与均匀化位移场之间的一种理论估计,最后对此法所具有的优点、适应范围,缺点、以及需要改进的地方做了进一步讨论。

颗粒非一致随机分布复合材料结构的热传导性能预测的统计的二阶双尺度分析方法

提出了一种统计的二阶双尺度分析方法预测颗粒非一致随机分布复合材料结构的热传导性能。首先给出了非一致随机分布复合材料的表征方法;接着针对这种材料的稳态热传导问题用构造性方法给出了温度解的双尺度渐近展开公式,提出了预测热传导参数的方法。最后给出了数值算例,通过与试验结果的比较和对数据的合理性分析,验证了本文方法的可行性。

颗粒随机分布复合材料热传导问题均匀化方法的理论分析

针对区域内颗粒随机分布复合材料的热传导问题给出了一种均匀化理论计算温度场.首先根据复合材料的特性以及通过用多尺度方法预测复合材料热传导参数的要求定义了一些基本的概率空间,然后结合材料的物理特性做合理的假设得到了在整个随机复合材料区域上的期望温度场与均匀化温度场之间的一种理论估计,从而说明了此均匀化温度场可以作为预测此类随机颗粒分布复合材料期望温度场的理论基础.

随机分布颗粒增强复合材料损伤萌生数值分析

针对随机分布颗粒增强金属基复合材料数值模拟问题进行研究,假设颗粒为椭球形,编制模拟多颗粒随机分布复合材料的程序,可模拟出颗粒大小、形状、方位随机的多颗粒增强复合材料,并对拉伸应力场、损伤萌生情况进行分析。

复合材料小尺寸不规则孔隙随机分布算法

以碳纤维/环氧树脂复合材料中的孔隙为研究对象,建立一种可以生成小尺寸不规则孔隙的随机分布算法。首先利用Matlab软件对复合材料的微观形貌图像进行处理,以获取小尺寸不规则孔隙的尺寸分布统计数据。然后以该统计数据为依据,采用改进的邻点融合法,通过C++编程建立小尺寸不规则孔隙随机分布算法。最后将孔隙微观形貌图和随机分布算法生成的孔隙分布图进行对比分析,结果表明本文算法生成的孔隙与实际孔隙的形状和分布基本相同,证明了小尺寸不规则孔隙随机分布算法的有效性和合理性。

颗粒增强复合材料随机分布模型的数值模拟

利用三维有限元方法,通过建立颗粒随机分布胞体数值分析模型,对颗粒复合材料做模拟计算。在单向拉伸荷载作用下,讨论模型中von Mises应力的分布规律以及弹性模量的数值模拟。与实验结果相比较,发现颗粒随机分布胞体模型弹性模量与实际情况符合较好,颗粒内高应力区域与金相显微镜下的颗粒微裂纹吻合较好。

随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值模拟分析

基于蒙特卡罗方法,利用ANSYS的APDL参数化设计语言,构建随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值分析模型,利用均质化理论计算不同体积比纳米颗粒增强陶瓷基复合材料的热膨胀系数、有效弹性模量和热残余应力。结果表明,所建模型计算的结果与用经典理论方法计算的结果基本吻合,证明所建模型是可靠的,其中三维模型能更准确地分析纳米颗粒体积比较大时微观结构对应力分布状态的影响。

铝基复合材料增强体颗粒分布均匀性的研究

采用定性和定量手段系统比较了高能球磨法与常规混合法对SiCp（B4Cp）／Al复合材料增强体颗粒分布均匀性的影响研究结果表明：高能球磨法使增强体颗粒弥散均匀分布于基体中，是实现增强体颗粒均匀分布的最有效的方法常规混合法制备的复合材料中存在增强体颗粒的偏聚现象，颗粒偏聚程度与混粉方式和混粉时间有关，干混时存在最佳的混粉时间。

基于随机分布代表性体积的颗粒增强复合材料拉伸断裂破坏模拟

为研究组分材料性能对材料断裂破坏行为的影响,基于计算细观力学,建立施加周期性边界条件的代表性体积单元,对随机分布颗粒增强复合材料的拉伸断裂破坏进行数值模拟。为选取更具代表性的体积单元,采用径向分布函数和平均近邻距离变异系数两种统计方法对生成的随机分布细观结构进行评估。并在此基础上,对复合材料的有效弹性常数进行分析,以验证所选代表性体积单元的有效性。利用选定的代表性体积单元,运用扩展有限元方法对Al_(2)O_(3)/TiB_(2)陶瓷复合材料的拉伸断裂破坏进行了数值模拟,重点讨论了颗粒断裂韧性、界面粘结强度对裂纹萌生及扩展的影响。研究结果表明,不同的颗粒断裂韧性下,复合材料的断裂行为基本一致;界面粘结强度对裂纹的萌生及扩展路径影响较为显著,破坏载荷的变化随界面粘结强度的增加分为三个不同阶段。对于Al_(2)O_(3)/TiB_(2)陶瓷复合材料,当界面粘结强度为0.6~60MPa时,可兼顾界面的韧性和复合材料的断裂韧性。

颗粒尺寸及分布均匀性对SiC/Al-30Si复合材料组织性能的影响

采用真空热压法制备SiCp/Al-30Si复合材料。利用扫描电镜对材料的微观组织进行表征,检测力学性能。结果表明:随着SiC颗粒平均粒径的增大,材料的组织中SiC颗粒的团聚现象逐渐消失,其在基体中的分布更加均匀。抗拉强度与增强体颗粒尺寸有关,SiC颗粒平均粒径为13μm时,材料的抗拉强度最大。材料的断裂方式为脆性断裂,SiC颗粒粒径为4μm时,断口表面有团聚、裸露的SiC颗粒;SiC颗粒粒径为13μm时,断口SiC颗粒表面包覆着一层铝硅合金;SiC颗粒粒径为30μm时,断口处有断裂的SiC颗粒,部分SiC颗粒从基体中被拔出。

高性能铝基复合材料的颗粒分布及界面结合

采用常规粉末冶金和高能球磨粉末冶金法制备了B4 Cp/Al复合材料 ,研究了B4 C颗粒分布与界面结合特点、形成机制以及对材料性能的影响。结果表明 ,17% (体积分数 )B4 Cp/ 60 61Al复合材料的屈服和抗拉强度分别为 4 15MPa和 4 70MPa ,比常规粉末冶金复合材料分别提高了 69%和 70 %。微观分析表明 ,高能球磨粉末冶金复合材料中B4 C颗粒均匀分布、颗粒与基体之间存在近百纳米厚度的界面层 ,界面层由呈带状且有序分布的微细铝晶粒和弥散分布的纳米颗粒组成。高能球磨过程中 ,铝粉末在钢球表面形成冷焊层 ,B4 C不断被挤入而均匀化是实现颗粒均匀分布的主要机制 ;球磨过程中铝粉末表面氧化层破碎暴露出新鲜铝表面且与镶嵌在铝粉末中的B4

颗粒增强复合材料增强体颗粒分布均匀性研究

研究了高能球磨法与常规混合法对ＳｉＣｐ（Ｂ４Ｃｐ）／Ａｌ复合材料增强体颗粒分布均匀性的影响。高能球磨法使增强体颗粒弥散均匀分布于基体中，是实现增强体颗粒均匀分布的最有效的方法之一。常规混合法制备的复合材料中存在增强体颗粒的偏聚现象，颗粒偏聚程度与混粉方式和混粉时间有关，干混存在最佳混粉时间，而湿混时混合物均匀度随混粉时间延长而不断提高。

等温锻造对SiC_p/Al复合材料颗粒分布的影响

开展了粉末冶金法制备的20%(体积分数)SiCp/2009Al复合材料坯锭的等温锻造实验,研究了不同变形量对锻件中SiC颗粒的分布以及力学性能的影响。结果表明,等温锻造变形量越大,锻件中的SiC颗粒分布越均匀,锻件强度和塑性越高。对于同一锻件而言,沿锻造轴向上,锻件的应变量呈现中部变形量大、两端变形量小的正态分布趋势,并且中部SiC颗粒分布较均匀,而两端的分布较差;沿锻造径向上,锻件不同部位应变量也存在差异,由此导致SiC颗粒分布均匀性不一致。

SiC/Al-Si复合材料颗粒分布的数值模拟

介绍了颗粒分布的定量分析技术在颗粒增强复合材料性能预测方面的研究方法以及应用进展。在对搅拌铸造法制备SiC颗粒增强Al-7.0Si复合材料凝固过程的宏/微观数值模拟的基础上,将样方法以及方差分析法嵌入数值模型,对不同颗粒体积分数条件下复合材料颗粒分布均匀性进行了定量分析,并与试验结果进行了对比。结果表明:将宏/微观数值模拟与定量分析技术相结合,能够更为准确地分析不同工艺参数对复合材料微观组织以及颗粒分布的影响。在本试验条件下,随着SiC颗粒体积分数的增加,样方法中的颗粒均匀性参数值以及方差系数都逐渐减小,SiC颗粒分布更均匀。

硅颗粒增强铝基复合材料增强体分布均匀性研究

利用行星球磨机和Y型混料机混料,对两种混料方法得到的混合金属粉末,分别采用粉末冶金工艺制备硅颗粒增强铝基复合材料,研究了混料方法对硅颗粒增强体在铝基体中分布均匀性的影响。结果表明,利用行星球磨机混料可以改变粉末颗粒的表面形状和粒度大小,并使硅颗粒均匀分布在铝基体中,是实现增强体颗粒与基体颗粒均匀混合的有效方法。利用Y型混料机混料不能改变粉末颗粒的形貌及粒度大小,制备的铝基复合材料中有硅颗粒偏聚的情况。

颗粒增强金属基复合材料中颗粒分布均匀性的定量金相分析方法

综述了颗粒增强金属基复合材料中颗粒分布均匀性的各种定量金相分析方法,分析了各自的优缺点.指出了加强颗粒分布-材料性能关系研究的重要性.