短纤维增强金属基复合材料的热残余应力及其对拉伸和压缩载荷下.PDF

第 卷第 期 兵 工 学 报 ! ! -./0 ! +.0 ! 年 月 !##! ! # # ! $ %’% %()%)*+’%(,, )12 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 短纤维增强金属基复合材料的热残余应力及其 对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响 丁向东 连建设 江中浩 （吉林工业大学材料科学与工程学院，吉林长春， ） 3##!$ 摘要 运用空间轴对称有限元方法，研究了短纤维增强金属基复合材料热残余应力的分布及其对 拉伸和压缩载荷下应力分布的影响。研究表明，在拉伸和压缩载荷下，热残余应力可导致不对称的应力 分布；热残余应力降低拉伸时的应力传递，加强压缩时的应力传递。 关键词 金属基复合材料；有限元；热残余应力；应力应变 中图分类号 ’43 本文编制了空间轴对称大应变热弹塑性有限元 程序，研究了短纤维增强金属基复合材料热残余应 力（’(5 ）的分布及其对随后拉伸和压缩载荷下应力 场分布的影响，同时研究了材料结构参数（纤维体积 分数、纤维长径比、纤维根间距）对上述应力分布的 影响。 图3 0 3 复合材料中纤维排列示意图 ;= 0 3 0 3 5?@AB1C=? .D D=EAF 1FF1G ABAGC ! 有限元模型 =G C@A ?.BH.I=CA ［ ］ 采用通常的处理方法 3 6 7 ，假设单向短纤维增 强复合材料由内含单纤维的六棱柱形单位胞组成， 进一步可将其近似成圆柱形，见图 3 8 3。由于应力 场关于 轴和 截面对称分布，故只需对 单 ! ! # 3# 7 位胞进行应力分析。有限元网格的划分详见文献 ［］。网格节点总数为 ，四边形单元总数为 图 有限元边界条件示意图 $ !#7 $ 3 0 ! 9:# $ 纤维体积分数（% ; ）、纤维和单位胞长径比（ ; ;= 0 3 0 ! 5?@AB1C=? .D E.JGK1F2 ?.GK=C=.GI =G ;*) 和 ）、纤维根间距（ ）分别定义为 ’ % ; ) ) · · , · ! ! ， ； 段 . ， （( ) ）（ ) ）、 ) # ( 、 ) # ( 和 . !( K ( # . ( # /0 ( K ( # . ! ! # (