短柱增强体金属基复合材料的剪切滞后分析

作     者：刘延超 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘贵立

授予年度：2014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：金属基复合材料 中空增强体 剪切滞后理论 有限元法 

摘      要：金属基复合材料的很多方面的性能都要比以往的复合材料有优势。金属基复合材料的比强度高和比模量高都是相对的性能优势，而且抗磨损性强，化学稳定性好，热膨胀系数也比较小。而对于高分子材料而言，金属基复合材料导电性和耐热性更好。由于这些有优势的性能，它将要变成机动车，重工业，航天业等很多领域传统金属材料的优先代替材料。而在金属基复合材料的开发中应用剪切滞后理论进行分析，在变形和力学性能方面都具有很大的现实意义和价值。 本文将在前人研究成果的基础上，结合弹性力学的知识和剪切滞后模型研究中空短柱增强体金属基复合材料应力分布情况，具体内容如下： （1）利用单胞模型对复合材料进行模拟，将中空增强体的体积分数和长径比等参数简化，利用边界条件建立基体的应力平衡方程并求解基体应力表达式。通过对基体和增强体的单元体单独分析，得出基体与增强体轴向应力表达式。选取中空碳纳米管材料利用推导公式进行分析研究，选取Sic/Al材料应用剪切滞后修正理论与利用本文公式计算的结果对比，误差很小。 （2）利用轴对称有限元模型进行模拟，应用ANSYS软件建立中空增强体的复合材料三维实体的二维模型，求解出金属基复合材料的基体与增强体应力分布以及增强体与基体界面的应力分布。进而研究了中空增强体不同内径与不同长径比等对应力应变关系以及应力分布和应力传递的影响。 （3）将Sic/Ti的金属基复合材料数据以及各种材料参数带入计算得出的公式，求得不同内径大小，长径比的复合材料的应力分布的数值，应力应变关系，进而与数值模拟得到的结果进行比对，得到的结果比较相近，分布规律基本一致，进一步证明了计算结果的可靠性。