[发明专利]一种非连续增强金属基复合材料力学性能设计与预测的方法

摘要

一种非连续增强金属基复合材料力学性能设计与预测方法，本发明涉及一种新材料设计领域的技术，具体是非连续增强金属基复合材料中增强体形状、含量、尺寸、取向的设计、复合材料结构建模及其变形行为、损伤行为和力学性能的预测方法。其操作流程包括：基于颗粒、短棒、晶须状增强体随机分布状态，构建非连续增强复合材料的三维几何模型；对三维模型进行网格划分；通过公式计算来修正金属基体和增强体的强度；将各组分的力学性能赋予模型；对模型施加边界条件及载荷；通过仿真技术计算复合材料的力学性能。该方法具有操作简便、适用复合材料体系广、精度高等特点。

主权项

1.一种非连续增强金属基复合材料力学性能设计与预测的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、选取增强体类型、尺寸及体积分数；所述增强体类型包括：颗粒、短棒和晶须；步骤二、基于增强体的分布状态构建复合材料的三维代表性体积单元模型；其中，颗粒、短棒和晶须的分布状态分别为：颗粒为随机分布；短棒和晶须为完全随机分布和定向分布；步骤三、对复合材料的三维模型进行网格划分；步骤四、通过模型计算来修正金属基体和增强体的强度，获得修正后的材料属性；将修正后的材料属性赋予复合材料有限元模型；其中，金属基体强度采用Taylor等效塑性应变模型进行强度修正；增强体的断裂强度采用Griffith断裂模型进行修正；步骤五、为有限元模型施加边界条件，选取固定的O点(0，0，0)和加载点RF(100，100，100)，对面x＝0上的所有节点约束施加约束使之与O点具有相同的x坐标，即节点始终保持在x＝0平面上；面y＝0上的所有节点始终在y＝0平面上；面z＝0上的所有节点始终在z＝0平面上；对面x＝100上的所有节点约束施加约束使之与RF点具有相同的x坐标；面y＝100上的所有节点与RF点具有相同的y坐标；面z＝100上的所有节点与RF点具有相同的z坐标；对加载点RF施加x方向的位移载荷，最大载荷为4～8；即4～8％的应变量，载荷的应变速率为4×10^‑4s^‑1；步骤六：对复合材料的拉伸试验过程进行数值仿真，获得复合材料在室温下的应力应变曲线并确定材料的变形、断裂行为。