鎂基納米混雜增強復合材料動態(tài)壓縮與拉伸性能研究.pdf

1、以輕質(zhì)金屬鎂為基質(zhì)的混雜增強納米復合材料是一種新型材料，其良好的動態(tài)力學性能必將在航空航天、汽車等領(lǐng)域得到廣泛的應用。研究鎂基納米復合材料在沖擊荷載下的力學行為對其優(yōu)化設計具有重要的指導意義。
　　本文以實驗和有限元模擬相結(jié)合的方式對鎂基納米復合材料的動態(tài)力學行為進行了研究，首先以表面改性的多壁碳納米管和納米尺度的SiC顆粒為增強相，總質(zhì)量分數(shù)為1％，制備了不同混雜比的AZ91鎂基復合材料，使用透射電鏡和金相顯微鏡分別對粉體和復合

2、材料的細觀結(jié)構(gòu)進行了表征。測試了不同混雜比鎂基納米復合材料的準靜態(tài)壓縮和拉伸力學性能，發(fā)現(xiàn)復合材料的拉伸和壓縮性能較鎂合金基體都得到了提高，碳納米管和SiC混雜比為7∶3時，復合材料的拉伸力學性能較好，而混雜比為3∶7時，復合材料的抗壓性能比較好，鎂合金及其復合材料的拉伸壓縮應力應變曲線是不對稱的;然后使用SHPB實驗裝置測試和FEM仿真模擬了鎂合金及其復合材料的動態(tài)壓縮和拉伸力學性能，并擬合了鎂合金基體的J-C本構(gòu)參數(shù)用于接下來的數(shù)值

3、模擬，發(fā)現(xiàn)復合材料常溫動態(tài)壓縮和拉伸力學性能數(shù)值模擬預測結(jié)果與實驗觀察結(jié)果一致，這為后續(xù)各向異性非均質(zhì)復合材料高溫動態(tài)本構(gòu)關(guān)系的建立提供了可靠的本構(gòu)參數(shù)。最后建立計算細觀力學模型并利用有限元軟件LS-DYNA研究增強相附近局部應力場的變化，根據(jù)動態(tài)拉伸和壓縮計算結(jié)果做出應力應變曲線，并討論了不同增強體混雜比、體積分數(shù)、溫度、應變率對復合材料動態(tài)壓縮和拉伸應力應變關(guān)系的影響。有限元計算結(jié)果表明，同準靜態(tài)相比，鎂合金納米混雜復合材料在動態(tài)拉

4、伸和壓縮時，均表現(xiàn)出較高的屈服應力、強度和較好的抗高速沖擊性能，其中混雜比為5∶5的復合材料受到高應變率壓縮荷載時性能最好。利用計算獲得的應力-應變數(shù)據(jù)，擬合出鎂合金復合材料在動態(tài)壓縮時的Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在動態(tài)壓縮時，其流變應力表現(xiàn)出隨應變速率增加而提高的正應變率相關(guān)性和溫度軟化效應，但應變硬化效應影響較大。該納米復合材料在動態(tài)壓縮和拉伸時也存在著拉壓不對稱性，存在這種不對稱性的可能原因在于壓縮時存在著孿晶而拉伸時