颗粒复合材料细微观组织结构破坏及本构方程理论研究

作     者：王晴 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卞立春

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：颗粒复合材料 本构关系 等效弹性模量 颗粒体积分数 界面脱粘损伤 细观力学方法 

摘      要：颗粒复合材料力学性能由基体材料力学性能、散布在基体中的增强颗粒材料力学性能及基体与颗粒间界面相的性质共同决定。本文主要采用细观力学研究方法，研究颗粒复合材料及其组分材料的细微观组织结构力学性能并建立材料本构方程，以描述基体与增强颗粒界面脱粘损伤、颗粒体积分数以及颗粒尺寸对材料变形和损伤行为的影响效果。 本文结合Eshelby等效夹杂原理与自洽理论，视基体与增强颗粒为复合材料中地位等同的两个组成部分，即基体与颗粒均为复合材料的夹杂相，深入研究并推导出基体应变与颗粒应变关系的增量表达式，复合材料颗粒应力和应变、基体应力和应变以及空洞应变与复合材料总应力关系的增量表达式，以及复合材料等效弹性模量表达式。此等效弹性模量表达式可计算含有任意相增强颗粒的颗粒复合材料等效弹性模量，描述增强颗粒体积分数变化对复合材料弹性模量的影响，以及颗粒与基体界面脱粘损伤及破坏进程。 将推导的等效弹性模量表达式应用于Ramburg-Osgood方程，并结合具体材料参数对实际材料进行数值模拟计算，得到了增强颗粒体积分数取值不同时的复合材料应力-应变曲线，进一步研究颗粒复合材料的力学性能。 本文为颗粒复合材料等效弹性模量预测提供了新的表达式，揭示了不同颗粒复合材料等效弹性模量随颗粒体积分数变化及界面脱粘损伤演化的变化规律。将推导的弹性模量表达式代入描述材料应力-应变关系的Ramburg-Osgood方程后得到的本构方程曲线与实际已知的研究结果吻合，且相较于其他研究成果更接近实验数据。