Ti-(SiC_f/Al_3Ti)层状复合材料在侵彻早期阶段基于NEIM的建模与仿真研究

• 全文链接
• 请求原文

作   者：

刘净川;  姜风春;  王立权;  张蒙祺;  运飞宏; 

作者机构：

哈尔滨工程大学超轻材料与表面技术教育部重点实验室;  哈尔滨工程大学海洋智能机械研究所;  西北工业大学机电工程学院; 

关键词：

微观结构表征;  连续SiC纤维;  弹塑性力学性能;  等效夹杂数值算法;  Ti/Al_3Ti金属间化合物基层状复合材料; 

期刊名称：

机械工程学报

基金项目：

脉冲电流辅助金属层状复合材料超声波增材制造关键科学问题
Ti/Al3Ti层状复合材料动态断裂行为及其损伤演化研究
大梯度温度扰动下深海连接器密封性能研究及多目标结构优化

i s s n：

0577-6686

年卷期：

2018 年 22 期

页   码：

63-77

摘   要：

一种由连续Si C陶瓷纤维强化(CCFR)的新型金属间化合物基层状(MIL)复合材料Ti-(SiC_f/Al_3Ti)研制成功,其作为装甲防护材料在被侵彻过程中的微观变形机制、强化及失效机理有待研究。首先采用电镜扫描法(SEM)表征该材料的微观结构和界面特征,而后提出一种新的建模方法,基于高效的等效夹杂数值算法(NEIM),对刚性球侵彻靶体复合材料的早期接触过程进行建模,研究准静态加载下Ti-(SiC_f/Al_3Ti)复合材料的小变形弹塑性接触力学行为,并通过压痕试验验证该模型的精确性。结果表明,在球-面加载模式下,SiC纤维对CCFR-MIL复合材料的强度提高显著,而对延展性的强化却不如面-面加载模式下明显。此外,球-面加载模式下的最大塑性应变集中(MPSC)区出现在Al_3Ti层最接近中心SiC纤维上边界的位置,并随载荷的增大沿深度方向延伸,该区域是裂纹萌生并扩展的高发区。当相邻SiC纤维的中心距为四倍纤维直径,且Ti层体积分数为40%时,CCFR-MIL复合材料的综合力学性能最佳。更高效数值方法的运用,节约了计算成本,清晰透彻地揭示了新型CCFR-MIL复合材料在被侵彻过程中的微观变形机制、强化及失效机理,并使参数化研究更为全面,便于材料的微观结构优化。