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《硼酸鎂晶須增強鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、硼酸鎂晶須增強鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究1、相關(guān)定義1.1、分形維數(shù)的定義及測定分形維數(shù),又叫分維、分維數(shù),是定量表征分形特征的參數(shù)。目前,關(guān)于分形的定義眾多,其中最有代表性的是Hausdorff維數(shù),介紹如下:對于任何一個有確定維數(shù)的幾何形體,若用與它維數(shù)相同的量度r去度量,其大小401.2、纖維增強水泥基復(fù)合材料的定義將兩種或兩種以上的不同材料按一定方式結(jié)合在一起,除了保留原組成材料各自的特性外,還產(chǎn)生一種性能顯著優(yōu)于任何一種組成材料的新材料,此新材料即稱為”復(fù)合材料(composite)”。
2、復(fù)合材料一般包含兩個相,一為連續(xù)相,稱為”基材”(matrix);一為分散相,可以是膠狀體、顆粒狀或纖維狀。我們常用水泥凈漿、砂漿或混凝土做基材,統(tǒng)稱為”水泥基材”(cementmatrix),當(dāng)使用纖維做增強材時,所組成的復(fù)合材料統(tǒng)稱為”纖維增強混合材料”(fiberreinforcedcementcomposite,縮寫為FRCC)[7]。美國混凝土協(xié)會(ACI)認(rèn)為[8]:纖維增強混凝土系含有細級料或粗、細級料的水硬性水泥與非連續(xù)的分散纖維組成的混凝土,連續(xù)的網(wǎng)片、織物與長棒不屬于分散纖維類
3、的增強材。我國一般定義為[7]:纖維增強水泥基復(fù)合材料是以水泥凈漿、砂漿或混凝土做基材,以非連續(xù)的短纖維或連續(xù)的長纖維做增強材組合成的復(fù)合材料(新型纖維增強水泥基復(fù)合材料)。因此,可分成水泥凈漿或砂漿作為基體的纖維增強水泥和混凝土作為基體的纖維增強混凝土。1.3、聚合物復(fù)合材料的基本概念同構(gòu)成成分巧妙的組合,用以實現(xiàn)各成分在單獨狀態(tài)下所不能發(fā)揮的材料性能。從形態(tài)結(jié)構(gòu)的角度來說,復(fù)合材料是一個連續(xù)相與一個或多個分散相的復(fù)合,或兩個或多個連續(xù)相與一個或多個分散相在每個連續(xù)相中復(fù)合的材料。通常成連續(xù)相為
4、基體,分散相為填料,起增強、增韌、增剛或其他功能特性等作用[1]。聚合物復(fù)合材料(PMC)是指以聚合物作為基體材料的復(fù)合材料,也稱為高分子基復(fù)合材料[1]。其中像橡膠、合成樹脂和合成纖維等聚合物,由于其具有價廉、質(zhì)輕、耐化學(xué)性、易加工成型等一系列特點,從而被廣泛地應(yīng)用于日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。然而,對用作工程結(jié)構(gòu)材料或功能性用途材料,單一的聚合物將難以滿足要求,如材料韌性、材料強度、耐熱、隔熱保溫、抗靜電、隔音消聲等。為了拓展聚合物材料的應(yīng)用范圍,一般可以對聚合物進行物理和化學(xué)改性處理,其中物理改性
5、主要包括共混改性和填充改性。實踐證明,若將粉狀或纖維狀的金屬、非金屬、有機或無機材料通過某種方式與聚合物復(fù)合,則制成的復(fù)合材料可賦予其更加優(yōu)異的性能,如比強度和比模量高、沖擊韌性好,或其他功能性質(zhì)如尺寸穩(wěn)定性、隔熱保溫和隔音消聲等[2,3]。1.4、有限元的概念“有限元法”的概念[13]可以追溯到20世紀(jì)40年代提出的結(jié)構(gòu)力學(xué)中的矩陣算法。開始研究的時候是作為力學(xué)分析的數(shù)值模擬方法,后來發(fā)展成為研究求解離散問題的方法,用于求解偏微分方程邊值、初值問題。有限元法是將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體
6、,用在每個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示求解域上待求的未知場函數(shù),近似函數(shù)通常由未知5場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點的數(shù)值的插值函數(shù)來表達[14,15]。有限元法具有高精度、強功能、涉獵范圍廣等優(yōu)點。有限元法對速度邊界條件沒有限制,可用于不同形狀的變形體;可處理塑性成形過程中坯料與模具之間的摩擦、速度敏感以及溫度等工藝因素,能夠模擬塑性成形的整個過程,獲得塑性變形過程中溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場、速度場、金屬體積流動等信息。有限元法可以解決工程應(yīng)用中很多結(jié)構(gòu)分析問題,可處理傳熱學(xué)、電磁學(xué)、流體力學(xué)和聲學(xué)的問
7、題[16]。有限元法計算量大,模擬計算時間長,隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展,尤其是計算機處理數(shù)據(jù)能力的迅速提升,解決了有限元法的耗時、量大的問題。經(jīng)過多年的發(fā)展,關(guān)于有限元方法的理論研究日臻成熟,推動科技進步并取得巨大經(jīng)濟效益。有限元法分為彈塑性有限元法和剛塑性有限元法:彈塑性有限元法是在60年代MarcalP.V.和山田嘉昭[17-18]利用Mises屈服條件和Prandtl-Rears彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系求解彈塑性問題的數(shù)值解并推導(dǎo)出彈塑性剛度矩陣的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。彈塑性有限元法同時考慮金屬材料的
8、塑性變形與彈性變形,彈性區(qū)采用胡克(Hooke)定律,塑性區(qū)采用普朗特—羅伊斯(Prandtl-Reuss)方程和米希斯(Mises)屈服準(zhǔn)則,求解未知量是節(jié)點位移增量;剛塑性有限元法是1973年小林史郎和C.H.李[19]提出的。大多數(shù)塑性變形量很大,相對來說彈性變形量很小,可以忽略。因而簡化了有限元列式和計算過程。與彈塑性有限元法相比,剛塑性有限元法可以用較短的時間計算較大變形的問題。金屬在塑性成形過程中一般都是發(fā)生大變形,相比于塑性變形部分而言,彈性變形只是極小部分,因此對整
