基于三维随机细观模型的SiCp/Al复合材料力学性能分析

作     者：田学亮 徐颖 王学民 崔海涛 蒋鹏琛 张宏建 韩琦男 TIAN Xueliang;XU Ying;WANG Xuemin;CUI Haitao;JIANG Pengchen;ZHANG Hongjian;HAN Qinan

作者机构：南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500 

出 版 物：《航空动力学报》 (Journal of Aerospace Power)

年 卷 期：2024年第39卷第6期

页      面：62-74页

核心收录：

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 0806[工学-冶金工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 

主　　题：SiCp/Al复合材料 三维细观模拟 颗粒尺寸分析 颗粒形状 三维随机代表性体积单元 断口分析 

摘      要：基于颗粒增强铝基复合材料的细观组成及结构特点,建立了考虑颗粒、基体、界面性能的三维随机细观颗粒增强复合材料分析模型和方法。在细观尺度上,分别采用立方颗粒、球形颗粒及三维随机多面体模型来表征颗粒的形状,根据颗粒原材料粒度分析获得的粒径分布数据,建立考虑颗粒空间分布的随机特性及粒径的概率分布特征的三维随机代表性体积单元。在Ludwik模型基础上考虑淬火硬化效应,描述铝基体的弹塑性本构关系,考虑了基体的韧性损伤、SiC颗粒的弹脆性破坏以及界面的拉伸-开裂行为,模拟了材料在单轴拉伸过程中的变形和损伤过程。开展SiCp/Al2009复合材料标准件的单轴拉伸试验验证,结果表明:弹性模量、屈服强度和拉伸强度的预测最大误差分别在5%、5%及11%以内;弹性模量的预测结果受颗粒形状影响较小;其中,三维随机多面体模型的拉伸强度预测精度最高,且能反映出颗粒增强复合材料拉伸断裂过程中的基体韧性断裂、颗粒脆性破坏以及界面脱黏的破坏模式;该模型和方法可为颗粒增强铝基复合材料的细观损伤机理及宏观力学性能分析提供有益的参考。