CNTs-AZ91D復(fù)合材料熱力學(xué)有限元分析.pdf

1、限元方法已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、冶金、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域，在材料學(xué)領(lǐng)域，有限元法可以對(duì)材料的變形、應(yīng)變硬化和斷裂過(guò)程進(jìn)行詳盡的分析與模擬，并且可以較好地反映增強(qiáng)體的形狀、分布狀態(tài)、基體----增強(qiáng)體的界面狀態(tài)、熱殘余應(yīng)力及各種外界因素（如加載方式、變形溫度等）對(duì)材料性能的影響，同時(shí)還可獲得材料變形過(guò)程中的相關(guān)信息，如外加載荷的分配，彈性、塑性變形區(qū)的發(fā)展及應(yīng)力、應(yīng)變的分布等。因此利用有限元法進(jìn)行模擬研究可以節(jié)約材料開(kāi)發(fā)成本，預(yù)測(cè)材

2、料性能。
　　 本文介紹了國(guó)內(nèi)外碳納米管(CNTs)/鎂基復(fù)合材料的研究背景和研究現(xiàn)狀，在國(guó)內(nèi)外對(duì)碳納米管(CNTs)/鎂基復(fù)合材料的研究的基礎(chǔ)上，利用有限元法分析了鍍鎳碳納米管增強(qiáng)AZ91D鎂基復(fù)合材料(Ni-CNTs/AZ91D)的鍍鎳層厚度對(duì)材料熱殘余應(yīng)力的影響，研究了AZ91D鎂合金材料的拉深成形過(guò)程中溫度和壓邊力的影響。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，首先建立不同Ni層厚度時(shí)Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料的有限元模型的三維有限元模型

3、，運(yùn)用熱-應(yīng)力耦合分析方法模擬鍍有不同厚度Ni層的Ni-CNTs/AZ91D鎂基復(fù)合材料中的熱殘余應(yīng)力分布，研究了Ni層厚度與Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料中熱殘余應(yīng)力的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在碳納米管表面鍍鎳能夠明顯降低Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料中的熱殘余應(yīng)力；在Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料中，熱殘余應(yīng)力在Ni層厚度為6nm時(shí)最小，Ni層厚度由2nm增加到6nm時(shí)，熱殘余應(yīng)力隨著Ni層厚度的增加而減??；當(dāng)Ni層厚度超過(guò)6nm時(shí)熱

4、殘余應(yīng)力隨著Ni層厚度的增加而增大。對(duì)于鑄造AZ91D鎂合金材料，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的顯式動(dòng)力學(xué)有限元方法模擬了AZ91D鎂合金板材在不同變形溫度和壓邊力條件下的成形情況。進(jìn)而研究不同條件下AZ91D鎂合金板材的拉深成形性能，研究發(fā)現(xiàn)AZ91D鎂合金板材熱拉深成形的適宜溫度為250℃；對(duì)于厚度為1mm的AZ91D板材，熱拉深成形的適宜壓邊力為5～8kN。研究獲得了Ni-CNTs/AZ91D復(fù)合材料中的最佳鎳層鍍覆厚度和AZ91D鎂