徐绯,等:颗粒形状、含量和基体特性对金属基复合材料压缩力学行为的影响 义和应用价值。本构模型的研究主要采用单胞模型,的压缩载荷作用。由于所选的单胞代表单元是在均 Weissenbek等人比较了平面应力、平面应变、轴对匀分布假设下定义的,因此它不能考虑非均匀性及 称以及三维模型,结果显示用轴对称单胞模型可以颗粒尺寸的影响。但是由于压缩破坏不是这种材料 很好地模拟这类复合材料在拉伸及压缩载荷作用下的主要破坏形式,在压缩载荷下増强颗粒尺寸及非 的机械性能0。由于真实颗粒的不规则形状weis-均匀性的影响比拉伸载荷弱,可以先不考虑。模型中 senbek认为用球形颗粒模拟夹杂不好。Song用轴假设颗粒和基体的连接是理想的,即没有考虑界面 对称模型计算了圆柱形颗粒和球形颗粒增强的的滑移分层等情况,在整个变形过程中增强颗粒是 6061铝合金复合材料{,并与试验进行了比较,结完好无损的。 果显示球形颗粒的预测与球形颗粒增强的试验 采用圆柱形坐标(r,日=),定义x1=r,x2= 致,圆柱形颗粒的预测与不规则颗粒增强的试验结x=θ边界条件可以确定为 果接近。本文中将对三种不同基体材料和两种不同 増强颗粒形状进行详细分析,研究基体材料性能、增 u2=∈(h+U2) 强颗粒的形状、含量和高应变率的耦合行为,建立冲 击载荷作用下颗粒增强金属基复合材料的本构模 u1与:无关 其中:a为质点速度矢量的分量,h和是单胞的 初始高度和半径,∈是加载的平均应变率,U2是单 计算模型 胞模型上表面边界对应的位移量。在计算模型中通 11问题的描述 过施加上表面的速度,给定作用时间来控制加载的 圆柱形颗粒和球形颗粒的轴对称单胞模型的原应变或位移,对本文考虑的五种应变率∈=104、 理图和示意图如图1所示,承受平均应变率意义下102、109、103、105控制应变为15%。因为在计算分 商 (b) cylindrical particles 图1圆柱形颗粒的单胞模型 201994-2010ChinaAcademicJournaleLectronicPublishingHouseaLlrightsreservedhttp://nwr.cnki.net© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 1 圆柱形颗粒的单胞模型 F ig. 1 U nit cell of cylindrical particles 义和应用价值。本构模型的研究主要采用单胞模型, W eissenbek 等人比较了平面应力、平面应变、轴对 称以及三维模型, 结果显示用轴对称单胞模型可以 很好地模拟这类复合材料在拉伸及压缩载荷作用下 的机械性能[10 ]。由于真实颗粒的不规则形状,W eis2 senbek 认为用球形颗粒模拟夹杂不好。Song 用轴 对称模型计算了圆柱形颗粒和球形颗粒增强的 6061 铝合金复合材料[11 ] , 并与试验进行了比较, 结 果显示球形颗粒的预测与球形颗粒增强的试验一 致, 圆柱形颗粒的预测与不规则颗粒增强的试验结 果接近。本文中将对三种不同基体材料和两种不同 增强颗粒形状进行详细分析, 研究基体材料性能、增 强颗粒的形状、含量和高应变率的耦合行为, 建立冲 击载荷作用下颗粒增强金属基复合材料的本构模 型。 1 计算模型 1. 1 问题的描述 圆柱形颗粒和球形颗粒的轴对称单胞模型的原 理图和示意图如图 1 所示, 承受平均应变率意义下 的压缩载荷作用。由于所选的单胞代表单元是在均 匀分布假设下定义的, 因此它不能考虑非均匀性及 颗粒尺寸的影响。但是由于压缩破坏不是这种材料 的主要破坏形式, 在压缩载荷下增强颗粒尺寸及非 均匀性的影响比拉伸载荷弱, 可以先不考虑。模型中 假设颗粒和基体的连接是理想的, 即没有考虑界面 的滑移、分层等情况, 在整个变形过程中增强颗粒是 完好无损的。 采用圆柱形坐标(r, Η, z ) , 定义 x 1= r, x 2= z, x 3= Η, 边界条件可以确定为 z = 0 u α 2 = 0 z = hc u α 2 = Ε α 2 (hc + U 2) r = 0 u α 1 = 0 r = rc u α 1 与 z 无关 其中: u αi 为质点速度矢量的分量, hc 和 rc 是单胞的 初始高度和半径, Ε α2 是加载的平均应变率,U 2 是单 胞模型上表面边界对应的位移量。在计算模型中通 过施加上表面的速度, 给定作用时间来控制加载的 应变或位移, 对本文考虑的五种应变率 Ε α2= 10 - 4、 10 - 2、10 0、10 3、10 5 控制应变为 15%。因为在计算分 徐 绯, 等: 颗粒形状、含量和基体特性对金属基复合材料压缩力学行为的影响 ·37·