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金属层状复合材料的有限元分析

发布于:2023-09-18 19:32
有限元分析

      界面结合质量的高低直接影响到金属层状复合材料的后续加工性能和使用寿命,因而测定复合界面的结合强度成为评价界面结合质量的主要手段之一。有限元分析对结合性能评价方面主要集中在复层较薄的复合材料上,由于受传统方法的局限,难以对内部尤其是结合面上的应力应变的分布情况进行分析,而有限元方法却可以获得复合材料各组元的应力应变分布,尤其是复合界面的残余应力,这对复合板的设计及工艺制度的优化尤为重要。季晓鹏和X.P.Zhang同样利用有限元软件建立了二维弹塑性有限元模型。对层状复合板界面发生粘合的判定条件以及界面结合强度进行分析。另外文献还通过对热轧工艺的优化分析,确定了多层复合板最优轧制主要工艺参数,为确定合理的的热轧工艺参数提供参考。刘浪飞首次通过DEFORM有限元计算的质点跟踪技术,分析讨论了轧制复合结合面上新鲜金属的分布状况,提出了运用质点跟踪技术定量跟踪层状复合材料在多次变形中出现多次新鲜表面的历史的方法,为定量计算界面结合强度提供条件。
      崔学军等采用ANSYS软件对国家标准测定涂层剪切结合强度的模型进行了力学分析,提出了一种改进模型,通过对涂层/基体交界面上的应力分布的分析验证了其有效性,并且比较了基体台阶深度、涂层尺寸、不同涂层和基体材料性能对涂层基体剪切结合强度的影响。朱有利等人采用有限元法对一种广为采用的涂层剪切结合强度测定标准进行了力学计算,分析了试件界面剪应力分布的不均匀性及其试验误差。当涂层受到外力作用时,在交界面上同时存在剪切应力和法向应力的作用。祝志超等采用有限元法对国家标准中测定不锈钢复合板剪切结合强度的模型进行了力学分析,通过调整试样尺寸等参数可以降低界面上的法向应力,可以使测定剪切强度时界面上的应力分布变得更为均匀。
      文献利用有限元模拟研究了拉伸载荷下复层对圆形棒状结构断裂的影响,运用ABAQUS/Explicit有限元软件中的Gurson-Tvergaard-Needle-man损伤模型对复层延迟金属断裂的作用进行了分析。其结果表明,塑性复层的应用能够延迟形变区空洞的形核和长大,从而增加颈缩处的形变进而显著提高原材料的塑性。YuichiTanaka等对爆炸复合板复层预设裂纹的板状试样在拉伸载荷下的变形和断裂行为进行分析。李龙等利用MSC.MARC2005有限元软件中的Hill’s屈服方程并考虑材料的各向异性很好地预测了Ti合金多层复合材料的拉伸应力-应变曲线。
      弯曲试验一般用来定性评价层状材料的结合性能,由于弯曲变形不很复杂,所以很少利用有限元来纯粹研究层状复合材料的弯曲变形。Sattarifar利用有限元方法从裂纹扩展的角度研究了复材和基材间预制缺口弯曲试样的断裂行为。该方法在试样形状、尺寸精度以及测试装置的尺寸精度等方面还需要进行系统的规范化工作。
      随着对层状复合材料应用的不断深入,有限元模拟逐渐开始应用于层状复合材料的工艺性能模拟等方面。袁晓娜等采用ANSYS/LS-DYNA计算程序为分析工具,对锯齿形双金属层状复合材料成型过程进行计算机数值模拟,提出最优工艺参数,模拟结果证实了应用显式动力学弹塑性有限元法模拟双金属板复合成型技术的可行性。杨连发等建立了双金属层状复合材料拉深成形的有限元模拟模型,用ANSYS软件模拟了钢/铜层状复合材料在不同压边力下的拉深成形过程,探讨了双金属层状复合材料拉深的变形特点以及应力的变化规律,得出了该双金属复合板拉深过程中凸缘不起皱的最小压边力。


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