【摘 要】
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本课题采用有限元方法并利用ANSYS软件建立了碳纳米管增强镁基复合材料有限元模型,并且模拟出碳纳米管及周围基体的应力场分布情况,对弹性条件下与弹塑性条件下镁合金基体和
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本课题采用有限元方法并利用ANSYS软件建立了碳纳米管增强镁基复合材料有限元模型,并且模拟出碳纳米管及周围基体的应力场分布情况,对弹性条件下与弹塑性条件下镁合金基体和碳纳米管等效应力与应变分布进行对比,并与实验结果进行了对照。对于碳纳米管增强纯镁和AZ91D镁合金复合材料,等效应力和应变分布规律基本相同。在相同拉力下,复合材料整体轴向变形比未加CNTs的基体材料轴向变形明显减小。在CNTs两端面处附近的基底部分出现明显的应力集中现象,基体的应力最大值出现在碳管端面周围,碳纳米管的应力数值大于基体的应力数值。应变分布与应力分布情况类似,在碳管管身周围基体的应变低于碳管端面周围的基体,因此碳纳米管能够限制基体的变形,起到很好的增强效果。等效应力和应变在分布趋势上是对称的,但是应力和应变数值不是对称分布的。对于镀镍碳纳米管增强镁基复合材料,应力和应变分布情况与未镀镍时相近似,镍层的等效应力最大值出现CNTs镍层端面区域。镍层等效应力大于镁合金基体等效应力,CNTs的等效应力大于镍层的等效应力。说明当轴向拉伸基体材料时,应力是从基体传递到镀镍层,再由镀镍层传递到CNTs。碳纳米管对基体的限制区域是以其中心轴为轴心,半径8-12倍的圆柱体区域,并且在5倍半径以内的区域内碳纳米管的限制作用明显大于之外的区域。断裂的位置出现在碳纳米管两端端面与镁合金基体交接的镍层上。复合材料的断裂是从CNTs两端面附近界面处开始,其破坏方式是界面脱开。计算结果与实验结果吻合。碳纳米管能够起到增强基体的作用,但是与此同时又增加了断裂的几率。碳化硅颗粒能够增强碳管的承载能力,起到了将负荷传递到碳纳米管的作用。碳化硅颗粒并不影响模型总体的应力应变分布,只会对应力和应变数值产生影响。断裂危险点的位置仍然是碳纳米管两端附近的基体上,
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