《顆粒增強鈦基複合材料動態力學性能表征與最佳化設計》是依託北京理工大學，由宋衛東擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：顆粒增強鈦基複合材料動態力學性能表征與最佳化設計
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：宋衛東
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
顆粒增強鈦基複合材料是近空間飛行器框架結構、高性能渦輪風扇發動機等部件的關鍵材料，本項目以顆粒增強鈦基複合材料為研究對象進行如下研究：一、對顆粒增強鈦基複合材料及其基體材料進行室溫和高溫下的準靜態和高應變率動態衝擊試驗，建立鈦基複合材料在衝擊載荷作用下計及應變率、溫升率效應的的動態本構關係，深入研究顆粒增強鈦基複合材料及其細觀結構在衝擊載荷作用下的動態損傷及其演化關係；二、基於細觀力學，研究增強體的形狀、尺寸、體積分數、分布以及增強體與基體界面的相互作用對顆粒增強鈦基複合材料力學性能的影響；三、以均勻化理論為基礎，開展顆粒增強鈦基複合材料不同構型下的靜、動態力學性能的多尺度分析，研究複合材料細觀結構參量與巨觀性能之間的定量關係，建立顆粒增強鈦基複合材料最佳化設計的理論與方法，為顆粒增強複合材料的製備提供重要的理論支撐。
結題摘要
本項目以顆粒增強鈦基複合材料為研究對象，採用實驗、理論分析和數值模擬相結合的方法對其進行了如下研究：1.採用MTS810材料實驗機和霍普金森桿對鈦基複合材料及其基體的力學性能進行了實驗研究，獲得了鈦基複合材料及其基體在不同應變率和溫度條件下的力學性能；2.在已有實驗結果基礎上，確定了Johnson-Cook（J-C）模型的本構參數，建立了適用於該複合材料的J-C 模型，在考慮溫度和應變率耦合作用的前提下對該模型進行了修正，給出了可較為準確描述該複合材料在高溫條件下動力學行為的本構模型；3.編寫了靜力學和非線性動態瞬變二維彈塑性有限元程式，基於均勻化理論建立起複合材料微觀結構和巨觀力學行為之間的關係，並用已編寫的程式對TiC顆粒增強鈦基複合材料在拉伸載荷作用下的力學性能進行了有限元模擬與計算；4. 基於Eshelby等效夾雜理論和Mori-Tanaka平均場理論，推導得到了複合材料的柔度張量，給出了微裂紋對材料柔度張量的弱化作用以及微裂紋的損傷演化方程，最後建立了複合材料的一維準靜態本構模型和一維動態本構模型，採用割線模量法討論了不同溫度下複合材料TP-650有界面脫粘時的彈塑性性能；5.採用Zener-Hollomon參數的雙曲正弦函式來描述顆粒增強鈦基複合材料TP-650高溫變形時的流變應力行為。基於試驗結果確定了流變應力解析表達式中各個參數的值，然後給出顆粒增強鈦基複合材料TP-650的Z參數和相應的本構模型；6.在斷裂力學理論基礎上，建立了基於平面翼型裂紋擴展模型的二維脆性材料損傷本構關係，並將該本構關係退化到一維拉伸狀態，假設微裂紋成核規律滿足Weibull分布，建立了一維拉伸應力狀態下能夠反映TiC顆粒增強鈦基複合材料的損傷演化規律的宏細觀相結合的動態本構關係，模型計算結果與試驗結果吻合較好。
