空心微珠-鋁基復(fù)合材料的制備及有限元模擬.pdf

1、空心微珠是從電廠排放的廢料粉煤灰中提取出來的體輕、中空的球形顆粒。由于它具有輕量、節(jié)源、低成本、好的特定的機(jī)械性能等特性，從而引起了材料研究者的廣泛興趣，成為鋁基復(fù)合材料新的增強(qiáng)顆粒。 本文采用半固態(tài)攪拌鑄造技術(shù)制備空心微珠-鋁基復(fù)合材料，研究了空心微珠加入量、鑄造方法和缺陷對(duì)復(fù)合材料性能的影響。同時(shí)本文首次采用細(xì)觀力學(xué)有限元的方法預(yù)測(cè)空心微珠-鋁基復(fù)合材料彈塑性性能，建立了復(fù)合材料的理想周期模型和非理想模型，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較。

2、在理想周期模型引入中空顆粒的代表性體積元，建立二維和三維模型。在非理想模型中引入孔隙率、顆粒大小、顆粒團(tuán)聚等參數(shù)，其中顆粒團(tuán)聚的分析提出了簡(jiǎn)單函數(shù)模型和隨機(jī)函數(shù)模型。引入二階密度公式確立非理想模型單位元大小，利用MW-GMC(moving-window generalized method of cells)技術(shù)提高數(shù)值計(jì)算速度。研究結(jié)果表明： （1）采用半固態(tài)攪拌鑄造技術(shù)獲得了分布均勻，無明顯分層的復(fù)合材料，且空心微珠加入量、

3、鑄造方法和缺陷是影響復(fù)合材料性能的重要參數(shù)。 （2）在理想模型的數(shù)值模擬中，隨著空心微珠體積百分比（Vf）增加，復(fù)合材料的彈性模量和比例極限減少，并逐漸表現(xiàn)出泡沫材料的特性，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致；隨著空心微珠壁厚與空心微珠半徑的比值(t/R)的增加，復(fù)合材料的彈性模量增加。顆粒的破裂是復(fù)合材料的重要失效方式。 （3）在非理想模型的數(shù)值模擬中，復(fù)合材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度隨著孔隙率的增加而減少；顆粒大小對(duì)復(fù)合材料的彈性模量基本