SiC-Al雙材料及梯度功能材料的力學(xué)分析.pdf

1、梯度功能材料(Functionally Graded Materials)組分連續(xù)漸進(jìn)過渡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大大地改進(jìn)了異種材料間的連接方式，應(yīng)用前景甚為廣闊。其中陶瓷/金屬梯度功能材料具有緩和熱應(yīng)力和滿足一定機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，其研究和發(fā)展最為活躍。本文通過試驗(yàn)與數(shù)值模擬法，對(duì)SiC/Al功能梯度材料以及雙材料的高溫力學(xué)性能進(jìn)行研究，得到該材料常溫及高溫下的力學(xué)性能，為該材料在工程中的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 本文首先運(yùn)用有限元方法對(duì)SiC/

2、Al焊接雙材料結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到焊接過程任意時(shí)刻的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)變化情況和殘余應(yīng)力分布。 本文采用無壓滲透法制作具有四個(gè)梯度層的FGM三點(diǎn)彎試件，運(yùn)用高溫云紋干涉法分別測(cè)試了FGM在機(jī)械載荷、熱載荷及兩者共同作用下的變形情況，得到了這三種受力狀態(tài)下的縱向應(yīng)變，橫向應(yīng)變和剪應(yīng)變分布。同時(shí)，用ANSYS軟件數(shù)值模擬了FGM和雙材料在上述相同載荷條件下的分布情況，并進(jìn)行兩部分的對(duì)比：一是FGM實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的

3、對(duì)比，論證了云紋干涉法用于FGM應(yīng)變測(cè)試的可行性和可靠性，為FGM設(shè)計(jì)與制備提供有效數(shù)據(jù)；二是FGM和雙材料的數(shù)值結(jié)果對(duì)比，結(jié)果顯示FGM相對(duì)于雙材料具有大大緩和熱應(yīng)力的性能。 本文對(duì)FGM的斷裂力學(xué)性能方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析。采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和緊湊拉伸試驗(yàn)分別對(duì)預(yù)制Ⅰ型裂紋平行梯度方向和垂直梯度方向的兩種裂紋擴(kuò)展情況進(jìn)行了分析討論，并求得斷裂韌性K<,1C>值。同時(shí)，對(duì)含預(yù)制裂紋的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算出Ⅰ型應(yīng)力強(qiáng)度