论文部分内容阅读
纳米增强镁合金基复合材料,由于其优良的力学性能,在工业领域得到广泛应用。目前,镁基纳米复合材料力学性能的研究大多是在室温及静态／准静态加载条件下进行的,这与实际工程结构中材料所处的工况是不相符的。因此,开展高温和动态加载条件下镁合金基纳米复合材料力学性能及行为的研究具有重要的意义。本文采用高能超声搅拌法制备了碳纳米管和纳米碳化硅颗粒混杂比变化,但总质量分数始终为1%的AZ91镁合金纳米增强复合材料。采用分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson Tensile Bar,简称SHTB)测试其在高温高应变率下的拉伸力学性能,研究分为以下几个方面：(1)不同混杂比对镁基纳米复合材料高温动态拉伸力学性能和行为的影响；(2)不同温度对镁基纳米复合材料动态拉伸力学性能和行为的影响；(3)不同应变率对镁基纳米复合材料高温动态拉伸力学性能和行为的影响。试验结果表明：(1)混杂比不同,复合材料的高温动态力学性能不同；(2)复合材料的动态力学性能受温度影响,温度升高,材料的流动应力和抗拉强度下降；(3)应变率影响复合材料的动态力学性能,随着应变率增加,复合材料的流动应力和抗拉强度增加,表现为应变率正敏感性；(4)在高温动态载荷下复合材料表现出应变率硬化效应和温度软化效应,当温度较高时,温度软化效应更明显。本文采用Johnson-Cook本构和Johnson-Cook动态失效模型来描述镁基纳米复合材料在高温高应变率下的拉伸行为,根据试验结果拟合出了镁合金基纳米复合材料的J-C本构和J-C动态失效模型的参数；根据拟合的参数,采用/BAQUS有限元软件模拟了高温SHTB试验,结果表明,数值模拟结果和试验结果基本一致。基于计算细观力学理论,本文建立了增强体随机分布的复合材料三维代表体单元模型,对其高温动态加载过程进行模拟,通过数值模拟讨论镁基纳米复合材料细观特征(如增强体含量、增强体混杂比)和工况对复合材料高温动态力学性能和行为的影响,数值计算结果表明：(1)增强体含量和混杂比的变化会引起动态流动应力和拉伸强度的变化；(2)加载方向不同,复合材料力学行为也不同,这也说明了复合材料的各向异性；(3)不同温度和应变率下的复合材料力学行为的变化趋势与试验结果一致。本论文研究内容得到国家自然科学基金(No.11272072)的资助。