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金屬層狀復合材料的有限元分析

發布于:2023-09-18 19:32
有限元分析

      界面結合質量的高低直接影響到金屬層狀復合材料的后續加工性能和使用壽命,因而測定復合界面的結合強度成為評價界面結合質量的主要手段之一。有限元分析對結合性能評價方面主要集中在復層較薄的復合材料上,由于受傳統方法的局限,難以對內部尤其是結合面上的應力應變的分布情況進行分析,而有限元方法卻可以獲得復合材料各組元的應力應變分布,尤其是復合界面的殘余應力,這對復合板的設計及工藝制度的優化尤為重要。季曉鵬和X.P.Zhang同樣利用有限元軟件建立了二維彈塑性有限元模型。對層狀復合板界面發生粘合的判定條件以及界面結合強度進行分析。另外文獻還通過對熱軋工藝的優化分析,確定了多層復合板最優軋制主要工藝參數,為確定合理的的熱軋工藝參數提供參考。劉浪飛首次通過DEFORM有限元計算的質點跟蹤技術,分析討論了軋制復合結合面上新鮮金屬的分布狀況,提出了運用質點跟蹤技術定量跟蹤層狀復合材料在多次變形中出現多次新鮮表面的歷史的方法,為定量計算界面結合強度提供條件。
      崔學軍等采用ANSYS軟件對國家標準測定涂層剪切結合強度的模型進行了力學分析,提出了一種改進模型,通過對涂層/基體交界面上的應力分布的分析驗證了其有效性,并且比較了基體臺階深度、涂層尺寸、不同涂層和基體材料性能對涂層基體剪切結合強度的影響。朱有利等人采用有限元法對一種廣為采用的涂層剪切結合強度測定標準進行了力學計算,分析了試件界面剪應力分布的不均勻性及其試驗誤差。當涂層受到外力作用時,在交界面上同時存在剪切應力和法向應力的作用。祝志超等采用有限元法對國家標準中測定不銹鋼復合板剪切結合強度的模型進行了力學分析,通過調整試樣尺寸等參數可以降低界面上的法向應力,可以使測定剪切強度時界面上的應力分布變得更為均勻。
      文獻利用有限元模擬研究了拉伸載荷下復層對圓形棒狀結構斷裂的影響,運用ABAQUS/Explicit有限元軟件中的Gurson-Tvergaard-Needle-man損傷模型對復層延遲金屬斷裂的作用進行了分析。其結果表明,塑性復層的應用能夠延遲形變區空洞的形核和長大,從而增加頸縮處的形變進而顯著提高原材料的塑性。YuichiTanaka等對爆炸復合板復層預設裂紋的板狀試樣在拉伸載荷下的變形和斷裂行為進行分析。李龍等利用MSC.MARC2005有限元軟件中的Hill’s屈服方程并考慮材料的各向異性很好地預測了Ti合金多層復合材料的拉伸應力-應變曲線。
      彎曲試驗一般用來定性評價層狀材料的結合性能,由于彎曲變形不很復雜,所以很少利用有限元來純粹研究層狀復合材料的彎曲變形。Sattarifar利用有限元方法從裂紋擴展的角度研究了復材和基材間預制缺口彎曲試樣的斷裂行為。該方法在試樣形狀、尺寸精度以及測試裝置的尺寸精度等方面還需要進行系統的規范化工作。
      隨著對層狀復合材料應用的不斷深入,有限元模擬逐漸開始應用于層狀復合材料的工藝性能模擬等方面。袁曉娜等采用ANSYS/LS-DYNA計算程序為分析工具,對鋸齒形雙金屬層狀復合材料成型過程進行計算機數值模擬,提出最優工藝參數,模擬結果證實了應用顯式動力學彈塑性有限元法模擬雙金屬板復合成型技術的可行性。楊連發等建立了雙金屬層狀復合材料拉深成形的有限元模擬模型,用ANSYS軟件模擬了鋼/銅層狀復合材料在不同壓邊力下的拉深成形過程,探討了雙金屬層狀復合材料拉深的變形特點以及應力的變化規律,得出了該雙金屬復合板拉深過程中凸緣不起皺的最小壓邊力。


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