雙金屬層合復(fù)合材料力學(xué)性能的數(shù)值模擬.pdf

1、雙金屬層合復(fù)合材料力學(xué)性能的數(shù)值模擬重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：樊小龍指導(dǎo)教師：李玉蘭副教授專業(yè)：固體力學(xué)學(xué)科門類：力學(xué)重慶大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院二OO八年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和有限元數(shù)值模擬方法的不斷成熟，數(shù)值模擬技術(shù)被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)領(lǐng)域，利用該方法可對(duì)復(fù)合材料的制備過(guò)程以及復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)報(bào)，進(jìn)而為改進(jìn)制備方法，合成理想力學(xué)性能的復(fù)合材料提供依據(jù)。本文所研究的對(duì)象為金屬

2、層合復(fù)合材料。該類材料以其優(yōu)越的力學(xué)、減振、疲勞等性能在汽車、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景，受到世界各國(guó)的普遍重視。金屬層合復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬材料復(fù)合制備而成，既保持各層材料原有的性能特征，又使其物理、化學(xué)、力學(xué)性能比單一材料更加優(yōu)越，提高了材料的綜合性能。本文對(duì)金屬層合復(fù)合材料的制備及應(yīng)用進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹，應(yīng)用有限元數(shù)值模擬軟件對(duì)AlFe層合復(fù)合材料的力學(xué)性能(包括拉伸、彎曲、沖擊等

3、)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，得出了如下有益的結(jié)果。1.利用有限元軟件PatranMSC.、NastranMSC.、ABAQUS，能夠?qū)lFe層合復(fù)合材料的力學(xué)性能(拉伸、彎曲、沖擊性能)進(jìn)行數(shù)值模擬。與實(shí)驗(yàn)方法相比，模擬方法快捷、方便，節(jié)省時(shí)間和材料成本，模擬結(jié)果可信，可以作為材料性能評(píng)價(jià)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。2.對(duì)AlFe層合復(fù)合材料進(jìn)行拉伸數(shù)值模擬，當(dāng)載荷XP=1000N，材料幾何尺寸為100mm?20mm?(22)mm時(shí)，鋁側(cè)max?=5

4、3.5MPa，鐵側(cè)max?=93.3MPa。3.對(duì)AlFe層合復(fù)合材料進(jìn)行彎曲數(shù)值模擬，當(dāng)ZP=1000N，材料幾何尺寸為500mm?100mm?10mm時(shí)，在線彈性范圍內(nèi)，純鐵、純鋁的應(yīng)力最大值為294MPa，最大位移值分別為25.0mm，79.4mm；AlFe層合復(fù)合材料，在線彈性范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)中最大應(yīng)力值為280MPa，位移最大值為47.7mm。4.對(duì)AlFe層合復(fù)合材料進(jìn)行沖擊數(shù)值模擬，當(dāng)材料幾何尺寸為100mm?100mm?(5

5、5)mm，在中間節(jié)點(diǎn)施加Zv=400ms時(shí)，節(jié)點(diǎn)5731max?=2.5MPa，節(jié)點(diǎn)2666max?=1.6MPa，節(jié)點(diǎn)1735max?=3.7MPa，三節(jié)點(diǎn)最大位移值為?0.0038mm；節(jié)點(diǎn)5721、2666、1735所在邊t=0.005s最大應(yīng)力分別為0.245MPa、0.225MPa、0.735MPa。5.鑒于組成雙金屬層合復(fù)合材料的兩種材料熱膨脹系數(shù)各異，在存在溫差的條件下，復(fù)合材料中會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性熱應(yīng)力。本文利用Nastran