有限元模拟SiC增强Al基复合材料的力学行为-中国有色金属学报.PDF

第 22 卷第 2 期 中国有色金属学报  2012 年 2 月  Vol.22 No.2  The Chinese Journal of Nonferrous Metals  Feb. 2012  文章编号：1004­0609(2012)02­0476­09  有限元模拟 SiC 增强 Al 基复合材料的力学行为 孙 超，沈茹娟，宋 旼  (中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙  410083)  摘 要：采用有限元方法和轴对称单胞模型模拟了增强体(SiC)形状、体积分数以及不同基体类型对铝基复合材料 力学行为的影响。模拟结果表明：增强体的加入会阻碍基体的塑性流变，使基体内发生非均匀变形，在增强体尖 角处出现应力集中；椭圆柱形增强体对基体塑性变形的阻力最大，传递载荷的能力最强，因此强化效果最好。在 一定范围内，随着增强体体积分数的增加，基体与增强体之间的比表面积增大，有利于载荷的传递；增强体体积 分数的增加导致颗粒间距减小，几何必须位错 自由运动的路径减少，复合材料的强度也随之增加。此外，不同类 型基体自身的塑性流变能力不同，Al­Zn­Mg 基体强度最高，在拉伸变形过程中，受到增强体的阻碍作用最大， 会有更多的载荷从基体传递到增强体，以Al­Zn­Mg 为基体的复合材料的强度最高。 关键词：复合材料；有限元模拟；力学行为 中图分类号：TG146.22  文献标志码：A  Simulation of mechanical behaviors of SiC reinforced Al matrix  composites by finite element method  SUN Chao, SHEN Ru­juan, SONG Min  (State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)  Abstract: The effects of reinforcement shape, volume fraction and matrix type on the mechanical behaviors of Al matrix  composites were studied by finite element method based on the axisymmetric unit cell model. The simulation results  show that the addition of reinforcement particles can inhibit plastic flow of the ductile matrix and result in non­uniform  deformation  of  the  matrix,  with  the  stress  concentration  presenting  around  the  particle  corner.  The  truncated  cylinder­shaped SiC particles have the maximum inhibition on the plastic flow of the ductile matrix and result in higher  load transferring ability of the reinforcements. When the volume fraction of reinforcements is small, the interfa