漂珠-AZ91D复合材料界面断裂数值模拟预测.pdfVIP

1 漂珠／AZ9D复合材料界面断裂数值模拟预测 李凡国1,2，于思荣1，初宏超1，韩晓玲2 (1．中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛266580 2．青岛港湾职业技术学院，山东青岛266427) 摘要：基于代表性体积元的细观力学有限元方法，建立了三种有限元模型，预测漂珠／AZ91D复合材料 界面断裂的倾向，对漂珠／AZ91D复合材料进行压缩断裂实验，与模拟结果相比较。结果表明，复合材料断裂 裂纹可能最先出现在漂珠壁上；多颗粒均匀随机分布的模型更能够从复合材料整体上判断出断裂损伤的趋 势；三维模拟结果和实验结果更加接近。 关键词：镁基复合材料；漂珠；代表性体积元；数值模拟 006—9658(2017)02—0001—03 中图分类号：TB333；文献标识码：A；文章编号：1 7．02．001 DOI：10．3969／j．issn．1006-9658．201 O引言 I漂珠．镁基复合材料制备 漂珠是从电厂废料中提取出来的轻质空心微 本试验所用的材料为漂珠和AZ91D合金铸 珠，主要特性是分散性和流动性好、耐高温、电绝 ash 锭。漂珠(fly 缘、耐磨性强、无毒、抗压强度高、保温、隔音且导热 隔热和耐磨等性质，是火电厂的副产品。每年我国 系数小”。3】，其主要成分是SiO，和AI，0，。漂珠．铝火电站漂珠排放量超过1．5亿吨，来源广泛。漂珠 基复合材料目前研究较多，美国密尔沃基大学研究 的SEM形貌如图1所示。试验选用山西华盛镁业 认为，空心微珠的加入，能显著降低材料的密度和 股份有限公司生产的商用AZ91D镁合金作为复合 热膨胀系数，提高抗磨性能[4】。江西理工大学的罗 材料的基体，铸态组织主要由d—Mg和∥一Mg，，A1。： 燕[51曾研究了漂珠一铝基复合材料弹塑性性能。但 两相构成。向熔融状态下的AZ91D镁合金中缓慢 对于漂珠．镁基复合材料细观力学数值模拟，目前 添加漂珠颗粒，漂珠中的SiO，在高温下和Mg发生 还未见报道。漂珠和铝不发生化学反应，但漂珠中 化学反应生成了增强相Mg，Si，Mg，Si主要聚集在 漂珠壁上。漂珠一AZ91D复合材料金相组织如图2 的SiO，在熔融状态下和Mg基体生成新相Mg，Si， 形成界面层，给数值模拟带来了一定的难度。 所示。 本文拟采用数值模拟的方法对漂珠．镁基复合 材料的断裂性能进行预测研究。通过将应用于复 合材料细观结构上的“代表性体积元(Representative Volume Element：RVE)”，对RVE的应力进行有限 一。 元计算，预测出复合材料的断裂性能。然后对实验 制备的漂珠一镁基复合材料进行压缩试验，验证数 值模拟的准确性。 图l漂珠SEM形貌 图2漂珠复合材料金相组织 2有限元模拟 基金项目：教育部科学技术研究重大项目“漂珠／镁合金复合材料 13056) 的界面及力学行为机理研究”(3 2．1二维单胞模型 收稿日期：2016—08—08 稿件编号：1608—1460 因为复合材料具有统计性微结构分布，所以把 作者简介：李凡国(1978一)，男，在读博士，副教授，研究方向：金属 基复合材料． 复合材料假设为于理想的增强相周期分布，隔离出 7 中国铸造装备