SiC-Al雙材料及梯度功能材料的力學分析.pdf

1、梯度功能材料(Functionally Graded Materials)組分連續(xù)漸進過渡的結(jié)構(gòu)特點大大地改進了異種材料間的連接方式，應(yīng)用前景甚為廣闊。其中陶瓷/金屬梯度功能材料具有緩和熱應(yīng)力和滿足一定機械強度的特點，其研究和發(fā)展最為活躍。本文通過試驗與數(shù)值模擬法，對SiC/Al功能梯度材料以及雙材料的高溫力學性能進行研究，得到該材料常溫及高溫下的力學性能，為該材料在工程中的應(yīng)用提供了實驗依據(jù)。 本文首先運用有限元方法對SiC/

2、Al焊接雙材料結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力進行數(shù)值模擬分析，得到焊接過程任意時刻的溫度場、應(yīng)力場變化情況和殘余應(yīng)力分布。 本文采用無壓滲透法制作具有四個梯度層的FGM三點彎試件，運用高溫云紋干涉法分別測試了FGM在機械載荷、熱載荷及兩者共同作用下的變形情況，得到了這三種受力狀態(tài)下的縱向應(yīng)變，橫向應(yīng)變和剪應(yīng)變分布。同時，用ANSYS軟件數(shù)值模擬了FGM和雙材料在上述相同載荷條件下的分布情況，并進行兩部分的對比：一是FGM實驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果的

3、對比，論證了云紋干涉法用于FGM應(yīng)變測試的可行性和可靠性，為FGM設(shè)計與制備提供有效數(shù)據(jù)；二是FGM和雙材料的數(shù)值結(jié)果對比，結(jié)果顯示FGM相對于雙材料具有大大緩和熱應(yīng)力的性能。 本文對FGM的斷裂力學性能方面進行了實驗與數(shù)值分析。采用三點彎曲試驗和緊湊拉伸試驗分別對預制Ⅰ型裂紋平行梯度方向和垂直梯度方向的兩種裂紋擴展情況進行了分析討論，并求得斷裂韌性K<,1C>值。同時，對含預制裂紋的三點彎曲試驗進行數(shù)值模擬，計算出Ⅰ型應(yīng)力強度