鎂基納米混雜增強(qiáng)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮與拉伸性能研究.pdf

1、以輕質(zhì)金屬鎂為基質(zhì)的混雜增強(qiáng)納米復(fù)合材料是一種新型材料，其良好的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能必將在航空航天、汽車等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。研究鎂基納米復(fù)合材料在沖擊荷載下的力學(xué)行為對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
　　本文以實(shí)驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方式對(duì)鎂基納米復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行了研究，首先以表面改性的多壁碳納米管和納米尺度的SiC顆粒為增強(qiáng)相，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％，制備了不同混雜比的AZ91鎂基復(fù)合材料，使用透射電鏡和金相顯微鏡分別對(duì)粉體和復(fù)合

2、材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。測試了不同混雜比鎂基納米復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和拉伸力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的拉伸和壓縮性能較鎂合金基體都得到了提高，碳納米管和SiC混雜比為7∶3時(shí)，復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性能較好，而混雜比為3∶7時(shí)，復(fù)合材料的抗壓性能比較好，鎂合金及其復(fù)合材料的拉伸壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線是不對(duì)稱的;然后使用SHPB實(shí)驗(yàn)裝置測試和FEM仿真模擬了鎂合金及其復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮和拉伸力學(xué)性能，并擬合了鎂合金基體的J-C本構(gòu)參數(shù)用于接下來的數(shù)值

3、模擬，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料常溫動(dòng)態(tài)壓縮和拉伸力學(xué)性能數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果一致，這為后續(xù)各向異性非均質(zhì)復(fù)合材料高溫動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系的建立提供了可靠的本構(gòu)參數(shù)。最后建立計(jì)算細(xì)觀力學(xué)模型并利用有限元軟件LS-DYNA研究增強(qiáng)相附近局部應(yīng)力場的變化，根據(jù)動(dòng)態(tài)拉伸和壓縮計(jì)算結(jié)果做出應(yīng)力應(yīng)變曲線，并討論了不同增強(qiáng)體混雜比、體積分?jǐn)?shù)、溫度、應(yīng)變率對(duì)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮和拉伸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響。有限元計(jì)算結(jié)果表明，同準(zhǔn)靜態(tài)相比，鎂合金納米混雜復(fù)合材料在動(dòng)態(tài)拉

4、伸和壓縮時(shí)，均表現(xiàn)出較高的屈服應(yīng)力、強(qiáng)度和較好的抗高速?zèng)_擊性能，其中混雜比為5∶5的復(fù)合材料受到高應(yīng)變率壓縮荷載時(shí)性能最好。利用計(jì)算獲得的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，擬合出鎂合金復(fù)合材料在動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)的Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)，其流變應(yīng)力表現(xiàn)出隨應(yīng)變速率增加而提高的正應(yīng)變率相關(guān)性和溫度軟化效應(yīng)，但應(yīng)變硬化效應(yīng)影響較大。該納米復(fù)合材料在動(dòng)態(tài)壓縮和拉伸時(shí)也存在著拉壓不對(duì)稱性，存在這種不對(duì)稱性的可能原因在于壓縮時(shí)存在著孿晶而拉伸時(shí)