金属玻璃基复合材料的微结构效应
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பைடு நூலகம்
;录用日期 : ;网络出版时间 : 收稿日期 : 0 0 0 0 0 2 0 1 6 7 6 0 1 6 9 5 0 1 6 9 0 8: 3 5 2 2 2 - - - - - - 0 / / / 网络出版地址 :www. c n k i . n e t k c m s d e t a i l 1 1 . 1 8 0 1. T B. 2 0 1 6 0 9 2 0 . 0 8 3 5 . 0 0 2. h t m l ) ;江苏省自然基金 ( ) 基金项目 :国家自然基金 ( K 2 0 1 2 4 7 B 1 1 2 0 2 0 6 4 : 通信作者 :姜云鹏 ,博士 ,教授 ,研究方向为复合材料力学 E-m a i l i a n u a a . e d u. c n @n y p j g ( ) : ] 引用格式 :邱昆 ,姜云鹏 ,史雪萍 ,等 . 金属玻璃基复合材料的微结构效应 [ 0 1 7, 3 4 6 3 1 6 3 2 4. 1 J .复合材料学报 , 2 1 - [ ] Q I U K, J I ANG Y P, S H I X P, e t a l .M i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f m e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s J . A c t a M a t e r i a e C o m o s i t a e S i n i - g p p , ( ) ) : c 1 a 2 0 1 7, 3 4 6 3 1 6 3 2 4( i n C h i n e s e . 1 -
; ,N ,H ( 2 1 1 1 0 0, C h i n a a n i n C o l l e e o f M e c h a n i c s a n d M a t e r i a l s o h a i U n i v e r s i t 1. j g g y ) ,N ,N 2 1 0 0 1 6, C h i n a o f A e r o n a u t i c s a n i n U n i v e r s i t a n i n 2. C o l l e e o f A e r o s a c e E n i n e e r i n j g y j g g p g g : , A b s t r a c t a n d R a m b e r a s e d o n t h e f r e e v o l u m e t h e o r s o o d m o d e l a r e r e s e n t a t i v e v o l u m e e l e m e n t m o d e l B -O g y g p , w i t h a r t i c l e s r a n d o m d i s t r i b u t i o n w a s e s t a b l i s h e d a n d t h e m i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f T i r u r t i c l e s a p 4 . 5Z 4 . 5V 8 . 5C . 5p 6 1 1 2 ,w T i t o u h e n i n b A B AQU S c o d e . a s e m e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s u n d e r t h e u n i a x i a l t e n s i o n a s s i m u l a t e d b - g g g p y , , w i t h a r t i c l e s o r i e n t a t i o n a n d T h e e f f e c t s o f a r t i c l e s v o l u m e f r a c t i o n t h e n u m b e r o f r e u n i o n a n d a s e c t r a t i o a l o n p p p g o f m e t a l l i c l a s s w e r e d i s c u s s e d . R e s u l t s s h o w t h a t i n c r e a s i n a r t i c l e s v o l u m e f r a c t i o n c a n i n t e r f a c e o n t h e d u c t i l i t g g p y , b u t a t t h e e x e n s e o f t h e a r t s t r e n t h o f t h e c o m o s i t e s . I n c r e a s o f c o m o s i t e s s i n i f i c a n t l i m r o v e t h e l a s t i c i t - p p y p g y p p g p t h e o r i e n t a t i o n a n d i e l d s t r e n t h o f c o m o s i t e m a t e r i a l s .M a k i n n a r t i c l e s a s e c t r a t i o c a n e n h a n c e t h e l a s t i c i t i g p p p y y g p g , b u t a l s o i m r o v e s t h e s t r e n t h o f o f a r t i c l e s a n d t h e l o a d d i r e c t i o n i n t o 9 0°o r 0 ° n o t o n l e n h a n c e s t h e l a s t i c i t p y p g p y c o m o s i t e s c o m a r e d w i t h t h e o t h e r c o n f i u r a t i o n .R e d u c i n t h e n u m b e r o f r e u n i o n t o b e l o w t w o c a n s i n i f i c a n t l g y p p g g , a n d s t r e n t h o f m e t a l l i c l a s s c o m o s i t e s a n d t h e a r t i c l e s o f r e u n i o n s a n d t h e l o a d a t r e d u c e l o s s o f t h e l a s t i c i t g g p p p y , 9 0 ° c a n i m r o v e t h e l a s t i c i t a n d s t r e n t h o f c o m o s i t e s . I n a r t i c l e s t o u h e n i n m e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s p p y g p p g g g p , , w i t h z e r o i n t e r f a c e a r t i c l e s a n d m a t r i x d e b o n d i n i n i n t e r f a c e i n t h e m a i n s h e a r b e l t c a n b e o b s e r v e d a c c o r d i n p g g w i t h t h e e x e r i m e n t a l h e n o m e n a m o r e .T h e r e s u l t s h e l t o w e l l u n d e r s t a n d t h e m i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f t h e c o m- p p p s i t e m a t e r i a l s w h i c h i s b e n e f i c i a l t o t h e d e s i n o f t h e m a t e r i a l . o g p : ; ; ; ; K e w o r d s e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s a r t i c l e f r e e v o l u m e R a m b e r s o o d m o d e l t o u h n e s s m -O g p p g g g y
复 合 材 料 学 报 c t a M a t e r i a e C o m o s i t a e S i n i c a A p
: / c n k i . f h c l x b . 2 0 1 6 0 9 2 0 . 0 0 1 . D O I 1 0 . 1 3 8 0 1 j
第3 4卷 第6期 6月 2 0 1 7年 V o l . 3 4 N o . 6 J u n 2 0 1 7
金属玻璃基复合材料的微结构效应
邱昆1,姜云鹏 *2,史雪萍1,孙龙港1,吴青青1
( ) 1.河海大学 力学与材料学院 ,南京 2 1 1 1 0 0; 2.南京航空航天大学 航空宇航学院 ,南京 2 1 0 0 1 6
摘 要: a m b e r s o o d 模型 ,并利用 A B AQU S 软件 ,建立 颗 粒 随 机 分 布 代 表 性 体 积 单 -O 基于自由体积理论和 R g g 元模型 ,模拟了 T i r u i基金属 玻 璃 基 复 合 材 料 在 单 轴 拉 伸 状 态 下 的 微 结 构 效 应 ,讨 论 Z 4 . 5 4 . 5V 8 . 5C . 5 颗粒增韧 T 6 1 1 2 了颗粒的体积分数 、团聚数目 、长径比 、定位取向 和 界 面 对 金 属 玻 璃 韧 性 的 影 响 。 结 果 表 明 : 提高颗粒体积分数 能显著提高复合材料的塑性 ,但部分牺牲了复合材料的强度 ; 增大颗粒长径比能够增强复合材料的塑性和屈服强 ,不仅增强了复合材料的塑性 ,而且与其他排布相比也增强了复合材料的 度; 使颗粒的取向与荷载方向成 9 或0 0 ° ° 强度 ; 减少团聚数目至 2 个以下 ,能明显减少金属玻璃基 复 合 材 料 的 塑 性 和 强 度 的 损 失 ,使 团 聚 中 颗 粒 与 荷 载 成 ,却能改善复合材料的塑性和强度 ; 在颗粒增韧金属玻璃基复合材料中加入 零 厚 度 界 面 ,能 观 察 到 在 主 剪 切 带 9 0 ° 上颗粒和基体在界面处脱粘 ,得到与实验现象更加吻合的结果 。 通过上述的研究能够很好地理解复合材料的微结 构效应 ,并有利于材料的设计 。 关键词 : R a m b e r s o o d 模型 ;韧性 金属玻璃基复合材料 ;颗粒 ;自由体积 ; -O g g ( ) 中图分类号 : B 3 3 0 . 1 文献标志码 : 0 0 0 8 5 1 2 0 1 7 0 6 3 1 6 9 3 1 0 T A 文章编号 : 1 - - -
M l a s s m a t r i x c o m o s i t e s i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f m e t a l l i c g p
1 1 1 1 *2 , Q J S S I U K u n I ANG Y u n e n H I X u e i n UN L o n a n Q i n i n p g , p g, g g g ,WU g q g
;录用日期 : ;网络出版时间 : 收稿日期 : 0 0 0 0 0 2 0 1 6 7 6 0 1 6 9 5 0 1 6 9 0 8: 3 5 2 2 2 - - - - - - 0 / / / 网络出版地址 :www. c n k i . n e t k c m s d e t a i l 1 1 . 1 8 0 1. T B. 2 0 1 6 0 9 2 0 . 0 8 3 5 . 0 0 2. h t m l ) ;江苏省自然基金 ( ) 基金项目 :国家自然基金 ( K 2 0 1 2 4 7 B 1 1 2 0 2 0 6 4 : 通信作者 :姜云鹏 ,博士 ,教授 ,研究方向为复合材料力学 E-m a i l i a n u a a . e d u. c n @n y p j g ( ) : ] 引用格式 :邱昆 ,姜云鹏 ,史雪萍 ,等 . 金属玻璃基复合材料的微结构效应 [ 0 1 7, 3 4 6 3 1 6 3 2 4. 1 J .复合材料学报 , 2 1 - [ ] Q I U K, J I ANG Y P, S H I X P, e t a l .M i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f m e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s J . A c t a M a t e r i a e C o m o s i t a e S i n i - g p p , ( ) ) : c 1 a 2 0 1 7, 3 4 6 3 1 6 3 2 4( i n C h i n e s e . 1 -
; ,N ,H ( 2 1 1 1 0 0, C h i n a a n i n C o l l e e o f M e c h a n i c s a n d M a t e r i a l s o h a i U n i v e r s i t 1. j g g y ) ,N ,N 2 1 0 0 1 6, C h i n a o f A e r o n a u t i c s a n i n U n i v e r s i t a n i n 2. C o l l e e o f A e r o s a c e E n i n e e r i n j g y j g g p g g : , A b s t r a c t a n d R a m b e r a s e d o n t h e f r e e v o l u m e t h e o r s o o d m o d e l a r e r e s e n t a t i v e v o l u m e e l e m e n t m o d e l B -O g y g p , w i t h a r t i c l e s r a n d o m d i s t r i b u t i o n w a s e s t a b l i s h e d a n d t h e m i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f T i r u r t i c l e s a p 4 . 5Z 4 . 5V 8 . 5C . 5p 6 1 1 2 ,w T i t o u h e n i n b A B AQU S c o d e . a s e m e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s u n d e r t h e u n i a x i a l t e n s i o n a s s i m u l a t e d b - g g g p y , , w i t h a r t i c l e s o r i e n t a t i o n a n d T h e e f f e c t s o f a r t i c l e s v o l u m e f r a c t i o n t h e n u m b e r o f r e u n i o n a n d a s e c t r a t i o a l o n p p p g o f m e t a l l i c l a s s w e r e d i s c u s s e d . R e s u l t s s h o w t h a t i n c r e a s i n a r t i c l e s v o l u m e f r a c t i o n c a n i n t e r f a c e o n t h e d u c t i l i t g g p y , b u t a t t h e e x e n s e o f t h e a r t s t r e n t h o f t h e c o m o s i t e s . I n c r e a s o f c o m o s i t e s s i n i f i c a n t l i m r o v e t h e l a s t i c i t - p p y p g y p p g p t h e o r i e n t a t i o n a n d i e l d s t r e n t h o f c o m o s i t e m a t e r i a l s .M a k i n n a r t i c l e s a s e c t r a t i o c a n e n h a n c e t h e l a s t i c i t i g p p p y y g p g , b u t a l s o i m r o v e s t h e s t r e n t h o f o f a r t i c l e s a n d t h e l o a d d i r e c t i o n i n t o 9 0°o r 0 ° n o t o n l e n h a n c e s t h e l a s t i c i t p y p g p y c o m o s i t e s c o m a r e d w i t h t h e o t h e r c o n f i u r a t i o n .R e d u c i n t h e n u m b e r o f r e u n i o n t o b e l o w t w o c a n s i n i f i c a n t l g y p p g g , a n d s t r e n t h o f m e t a l l i c l a s s c o m o s i t e s a n d t h e a r t i c l e s o f r e u n i o n s a n d t h e l o a d a t r e d u c e l o s s o f t h e l a s t i c i t g g p p p y , 9 0 ° c a n i m r o v e t h e l a s t i c i t a n d s t r e n t h o f c o m o s i t e s . I n a r t i c l e s t o u h e n i n m e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s p p y g p p g g g p , , w i t h z e r o i n t e r f a c e a r t i c l e s a n d m a t r i x d e b o n d i n i n i n t e r f a c e i n t h e m a i n s h e a r b e l t c a n b e o b s e r v e d a c c o r d i n p g g w i t h t h e e x e r i m e n t a l h e n o m e n a m o r e .T h e r e s u l t s h e l t o w e l l u n d e r s t a n d t h e m i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f t h e c o m- p p p s i t e m a t e r i a l s w h i c h i s b e n e f i c i a l t o t h e d e s i n o f t h e m a t e r i a l . o g p : ; ; ; ; K e w o r d s e t a l l i c l a s s m a t r i x c o m o s i t e s a r t i c l e f r e e v o l u m e R a m b e r s o o d m o d e l t o u h n e s s m -O g p p g g g y
复 合 材 料 学 报 c t a M a t e r i a e C o m o s i t a e S i n i c a A p
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第3 4卷 第6期 6月 2 0 1 7年 V o l . 3 4 N o . 6 J u n 2 0 1 7
金属玻璃基复合材料的微结构效应
邱昆1,姜云鹏 *2,史雪萍1,孙龙港1,吴青青1
( ) 1.河海大学 力学与材料学院 ,南京 2 1 1 1 0 0; 2.南京航空航天大学 航空宇航学院 ,南京 2 1 0 0 1 6
摘 要: a m b e r s o o d 模型 ,并利用 A B AQU S 软件 ,建立 颗 粒 随 机 分 布 代 表 性 体 积 单 -O 基于自由体积理论和 R g g 元模型 ,模拟了 T i r u i基金属 玻 璃 基 复 合 材 料 在 单 轴 拉 伸 状 态 下 的 微 结 构 效 应 ,讨 论 Z 4 . 5 4 . 5V 8 . 5C . 5 颗粒增韧 T 6 1 1 2 了颗粒的体积分数 、团聚数目 、长径比 、定位取向 和 界 面 对 金 属 玻 璃 韧 性 的 影 响 。 结 果 表 明 : 提高颗粒体积分数 能显著提高复合材料的塑性 ,但部分牺牲了复合材料的强度 ; 增大颗粒长径比能够增强复合材料的塑性和屈服强 ,不仅增强了复合材料的塑性 ,而且与其他排布相比也增强了复合材料的 度; 使颗粒的取向与荷载方向成 9 或0 0 ° ° 强度 ; 减少团聚数目至 2 个以下 ,能明显减少金属玻璃基 复 合 材 料 的 塑 性 和 强 度 的 损 失 ,使 团 聚 中 颗 粒 与 荷 载 成 ,却能改善复合材料的塑性和强度 ; 在颗粒增韧金属玻璃基复合材料中加入 零 厚 度 界 面 ,能 观 察 到 在 主 剪 切 带 9 0 ° 上颗粒和基体在界面处脱粘 ,得到与实验现象更加吻合的结果 。 通过上述的研究能够很好地理解复合材料的微结 构效应 ,并有利于材料的设计 。 关键词 : R a m b e r s o o d 模型 ;韧性 金属玻璃基复合材料 ;颗粒 ;自由体积 ; -O g g ( ) 中图分类号 : B 3 3 0 . 1 文献标志码 : 0 0 0 8 5 1 2 0 1 7 0 6 3 1 6 9 3 1 0 T A 文章编号 : 1 - - -
M l a s s m a t r i x c o m o s i t e s i c r o s t r u c t u r e e f f e c t o f m e t a l l i c g p
1 1 1 1 *2 , Q J S S I U K u n I ANG Y u n e n H I X u e i n UN L o n a n Q i n i n p g , p g, g g g ,WU g q g