【摘 要】
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叠层材料是从贝壳的层状结构得到启发而发明的一种具有强韧化叠层结构的复合材料,具有高强度与高韧性的组合,可应用在航空航天、装甲装备和汽车领域上。为研究出具有更高性能的叠层复合材料,本文以纯Ni箔与纯Al箔作为原始材料,采用热压方式制备Ni/Al叠层材料。研究了Ni/Al叠层材料制备反应中的微结构演变、力学性能,同时开展了Ni/Al叠层材料有限元模拟,并对Ni/Al叠层板材的成形性能进行了研究。本课题
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叠层材料是从贝壳的层状结构得到启发而发明的一种具有强韧化叠层结构的复合材料,具有高强度与高韧性的组合,可应用在航空航天、装甲装备和汽车领域上。为研究出具有更高性能的叠层复合材料,本文以纯Ni箔与纯Al箔作为原始材料,采用热压方式制备Ni/Al叠层材料。研究了Ni/Al叠层材料制备反应中的微结构演变、力学性能,同时开展了Ni/Al叠层材料有限元模拟,并对Ni/Al叠层板材的成形性能进行了研究。本课题热压制备的Ni/Al叠层板材扩散反应生成Ni Al3与Ni2Al3金属间化合物。Ni/Al叠层板材的屈服强度随温度升高而降低。应变量越大,流动应力越大,应变速率的增加亦与流动应力正相关,Ni/Al叠层板材单向拉伸力学行为具有应变硬化与应变速率硬化现象。开展了Ni/Al叠层板材有限元模拟。通过分层单向拉伸模型的位移载荷曲线与实际对比,验证了分层模型的准确性。通过一体胀形模型获得了胀形件宏观应力应变分布,并验证了压力加载曲线,得到了不同模具圆角对板材胀形的影响。通过分层胀形有限元模型,得到胀形件不同区域应变协调性:顶部（等双向拉伸状态）＞胀形半高（不等双向拉伸状态）＞圆角（弯曲状态）。Ni/Al叠层板材最终应用于预成形构件,因此研究Ni/Al叠层板材的成形性能,开展了不同应变量、温度、应变速率下的热气胀实验,对胀形件进行显微组织观察。获得应变量增加、温度低并且应变速率大均使叠层材料中间层孔洞分布增加的结论。600℃、0.001s-1应变速率材料孔洞分布最少。分析Ni/Al叠层板材自由胀形破裂区域断裂特征,获得Ni/Al叠层板材的产生沿层45°方向断裂原因是变形中中间层产生的微裂纹扩展为孔洞,在Ni层两侧产生应力集中,导致多层Ni层受到剪切作用发生颈缩,在厚度方向产生斜向45°的预断裂通道。随着变形进行Ni层发生滑移断裂,裂纹延预断裂通道扩展直至板材完全断裂。
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