杨东生
,
张盛
,
张洪武
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150623.003
以高效模拟功能梯度材料(FGM)微观非均质性对整体热力学性能的影响为研究目的,通过随机形态描述函数(RMDF)法和体积分数的指数分布建立FGM二维微结构,在此基础上,发展了FGM热应力分析的耦合扩展多尺度有限元方法(CEMsFEM).该方法基于扩展多尺度有限元方法(EMsFEM)的基本思想,对温度场和位移场构造数值基函数,以把微观非均质材料性质带到宏观响应中.同时为了考虑泊松效应导致的不同方向间的耦合作用,在位移场数值基函数中增加了耦合附加项.通过数值基函数建立宏微观单元信息的映射关系,在宏观尺度求解有效方程,节约计算量.为了更好地考虑微观载荷的影响,把结构的真实响应分解为宏观响应和微观扰动,进一步推导出修正的宏观载荷向量.通过不同体积分数分布的FGM在不同载荷工况下的热应力分析算例验证了本文中方法的正确性和有效性,最后讨论了微结构的尺寸效应对结构热力学响应的影响.
关键词:
功能梯度材料
,
随机形态描述函数法
,
数值基函数
,
热应力分析
,
多尺度方法
米国发
,
王宏伟
,
刘翔宇
,
朱兆军
,
曾松岩
稀有金属材料与工程
根据TiC/Ti3AlC/Ti3Al三相自生复合材料的结构,建立了热应力分析的4层嵌套模型,推导了热应力计算公式.并利用该模型计算了TiC/Ti3AlC/Ti3Al三相复合材料的热应力.计算结果表明:各相及对应界面的法向应变和切向应变均较TiC/Ti3Al两相结构材料有所降低,这有利于防止材料发生界面脱粘损坏;在Ti3AlC界相中只产生较小的切向压应力,可大幅度降低Ti3Al基体相中的切向压应力,有利于防止Ti3Al基体发生拉裂破坏.对具有包覆结构的TiC/Ti3AlC/Ti3Al合金的显微力学性能进行了测试,Ti3AlC界相的存在,使增强体中心到基体的显微硬度和弹性模量呈梯度变化,有利于应力传递.
关键词:
TiC/Ti3AlC/Ti3Al三相自生复合材料
,
热应力分析
,
中间相
