金屬基復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)及微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、金屬基復(fù)合材料是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種高技術(shù)新型工程材料,以其優(yōu)越的性能受到國(guó)內(nèi)外的高度重視。SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是目前復(fù)合材料中最引人注目的體系之一,不論是在理論上還是在實(shí)驗(yàn)上均是理想的復(fù)合材料研究對(duì)象。本文通過(guò)仿真軟件MATLAB建立了復(fù)合材料顆粒隨機(jī)分布三維單胞模型,并將均勻化理論與有限元方法相結(jié)合,預(yù)測(cè)了金屬基復(fù)合材料的宏觀性能。在均勻化理論的基礎(chǔ)上對(duì)周期性復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,并編寫(xiě)了程序,從而為優(yōu)化和設(shè)計(jì)材料性

2、能作指導(dǎo)。
　　本文將基于小參數(shù)漸近展開(kāi)的均勻化理論和有限元法相結(jié)合,推導(dǎo)出細(xì)觀體系下求解等效彈性模量的表達(dá)式。建立了復(fù)合材料顆粒隨機(jī)分布三維單胞模型,并通過(guò)仿真軟件MATLAB編寫(xiě)了程序。以SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料為例,對(duì)其復(fù)合材料宏觀有效彈性常數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并與早期方法得到的結(jié)果進(jìn)行比較。計(jì)算結(jié)果表明均勻化方法在預(yù)測(cè)顆粒隨機(jī)分布復(fù)合材料有效彈性常數(shù)方面是可行的。并預(yù)測(cè)了顆粒的形狀、性能、尺寸以及顆粒的含量對(duì)顆料增強(qiáng)金屬基

3、復(fù)合材料的有效彈性常數(shù)的影響。
　　用有限元方法模擬了隨機(jī)分布和均勻分布的金屬基復(fù)合材料的拉伸試驗(yàn),并對(duì)模擬試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,模擬得到的有效彈性常數(shù)與多尺度均勻化理論預(yù)測(cè)的結(jié)果是一致的,說(shuō)明本文提供的模擬試驗(yàn)方法可以作為復(fù)合材料有效彈性常數(shù)的一種驗(yàn)證手段。
　　基于均勻化理論建立了空心鋁基體材料微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型。采用變密度法作為材料的插值模型,以最小柔度為目標(biāo)函數(shù),以準(zhǔn)則法作為優(yōu)化算法,通過(guò)ANSYS軟件進(jìn)