短纤维增强金属基复合材料的热残余应力及其对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响_论文

维普资讯 http://www.cqvip.com 第2 卷 第2 3 期  2(《2牛 5月  Jl   兵  工  学  报  Vol  N0    23  2 M a  y 2 02 0   AC I ARM A M E\TA R【  ’ A  1 短 纤维 增 强 金 属基 复 合材 料 的 热 残 余应 力及 其  对 拉 伸 和压 缩 载荷 下 应 力 分布 的影 响  丁 向 东 连 建设  江 中浩    占林 l ^ 学 材 辑 科 学与 工 程  院 , 林 长 春 、  0 5 业   10 2  3 摘 要  运 周 空 间 轴 对 称 有 限 元 万 法 , 究 了 短 纤 维 增 强 金 属 基 复 台 材 料 热 残 余 应 力 的 分 布 及 其 对  研 拉  和 压 缩 载 荷 下 应 力 分 布 的 影 响 = 研 冤 表 , 拉 伸 和 压 缩 载 荷 下 , 残 余 应 力 可 导 致 不 对 称 的 应 力  辛   在 热 廿 币 ; 残 杂 应 力 译 低 拉  热 辛时 的立 力 传 递 , 翟 压 缩 时 的 应 力传 递  加 关键 词 盎属 基复 台材 料 ; 限元 ; 残 余直 力 ; 力 应 妥   有 热 应   中 图 分 类 号  I 3 1 B 3  本 文 编 制 了 空 问 轴 对 称 大 应 变 热 弹 塑 性 有 限 元  程 序 , 究 了 短 纤 维 增 强 金 属 基 复 合 材 料 热 残 余 应  研 力 ( R ) 分 布 及 其 对 随 后 拉 伸 和 压 缩 载 荷 下 应 力  T S的 场 分 布 的 影 响 , 时 研 究 r材 料 结 构 参 数 ( 维 体 积  同 纤 分数 、 维 长往 比 、 维 根 问距 ) 纤 纤 对  述 应 力 分 布 的  影 响  图 l 1 复 合材 料 中纤 维 排 列 示 意 图     Fi 1   S h m a i   i ra r n m e t g  1 c e tcoffbe  ra ge n   i  hec mpo ie nt  o st  1 有 限 元模 型  采 用 通 常 的 处 理 方 法 ” j假 设 单 向 短 纤 维 增    , 强 复合 材料 由 内含 单纤 维 的六 棱 柱 形单 位 胞 组 成 ,   进 一步 可 将 其 近 似 成 圆 托 形 , 图 1 1 山 于 应  见 .: 场 关 于  轴 和  = 0 面 对 称 分 布 , 只 需 对 / 单  截 故 4 位胞 进 行 应 力 分 析 。 限 元 网 格 的划 分 详 见 文 献  有 【 ] 网 格  点 总 数 为 2 4 5 四 边 形 单 元 总 数 为  5。 0  , 9 0 纤 维 体 积 分 数 (  )纤 维 和 单 值 胞 长 径 比 ( 8 V _l A  和 A 1 纤 维 根 间 距 ( )分 别 定 义 为 V  =    K   (  LF / R L【 AF= L} R A(= Lc Rr和   R )( )   /  - /  、 gl 】 2 g 每   图 l  2 有 限 元 边 界 条 件示 意 图   ̄- m a i    ou da y c n ton  n FEM   he tcofb n r   o dii si  ' I丁 d     R=0 ' =0B 段 l t d =0t   ,’ R ;C   RR ,z v  U   J O    K = L /   复 合 材 料 载 荷 历 史 分 成 两 步 : 先 单   L 首 位 胞 承 受 一 个 热 载 荷 , 计 算 时 效 处 理 过 程 或 从 时    效处 理 温度 到窒 温 冷 却过 程 巾产 生 的热 残 余 应 力 :   其 边 界 条 件 为  =( ; J AB 段  二 0 R = D2 j , ;1 t  和  分 别 是 沿 坐 标 z 和 R 方 向   上 边 界 的 位 移 率 和 载 荷 率 , . 已2 限 定 量 , 计  d 、 r为 在 算中保 持定 量 。 后 在 室 温 进 行 轴 向 拉 伸 或 压 缩 。 然   此 时 边 界 条 件 为 AD 、 A日和 B 段 的 约 束 处 理 同 上 , C   DC 段 的 边 界 条 件 变 为 于R = 0  , =   , 中, 其 D  ( 图 l2 : 见   jAD 段  = 0,1  = 0; ( 、 D  段  =0j ,’   = U】,   2 O1 u   3月 收 犒 . 0 2年 l门定 稿  20 禹家 杰 出 青 年 科 学 基 盘 资助 项 U(9 2 l2 5 6 5 1  1 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期  短纤 维增 强 金 属 基复 合材 料 的热 残 余 应 力 及其 对 拉 伸 和压 缩 载 荷 F应 力分 布 的影 口 向   23 8  为指定 位移 率。分 析 假 定 纤 维 为线 弹 性材料 ; 体  基 2 1 热 残 余 应 力 的 分 布    图 2 给出 了 v A  1  、  和 K 对 基 体 和 纤 维 轴 向   为线 弹性 、 向 同性 幂 强 化 热 弹 塑性 材 料 , 遵 循  各 并 V nM i s 服 准 则 及 各 向 同 性 强 化 准 则 : 采 用 考  o  s 屈 e 虑 温 度 影 响 的 J F理 论 的 本 构 方 程 , L ga g 2 由 a rn e应  力 张 量 描 述 的 虚 功 率 平 衡 方 程 及 单 元 刚 度 方 程 详 见  热残余应力 ( 和 #   )以及界面热残余 剪切应 力   (  ) 布的影 响 。 r , 体 和

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