Co硬质合金机械性能的数值模拟与实验研究

发布时间：2016-09-27 19:17

  本文关键词：颗粒增强金属基复合材料动态力学性能的实验研究与数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

《武汉理工大学》 2013年

WC-Co硬质合金机械性能的数值模拟与实验研究

施俊波  

【摘要】：本文采用计算细观力学的方法建立二维多颗粒随机模型,通过连续两次生成随机模型来计算硬质合金平均残余热应力,对随机模型计算平均残余应力的可靠性进行了验证,并与Mari文章中所给出的实验数据进行了对比分析；采用圆夹杂及椭圆夹杂两种模型模拟计算了YG13、YG16硬质合金的残余应力,并进行了比较分析；建立了SHPB实验的二维有限元模型系统,研究了应变率、Co夹杂颗粒体积百分含量(fCo)及Co夹杂颗粒尺寸对硬质合金动态力学性能的影响；通过SHPB实验对数值模拟进行了验证。可得到如下结论： (1)连续两次随机生成的模型计算硬质合金平均残余应力结果相差仅为2.83%,远小于软件自身计算所带来的误差,随机模型计算残余应力是可靠的；数值计算的结果较实验的结果小16.94%,在误差允许的范围内可认为与实验是一致的。 (2)对硬质合金(fCo=0.178、fCo=0.23、fCo=0.28)采用椭圆夹杂(长轴为5μm,短轴为3μm)和圆夹杂(d=4μm)两者数值模拟计算的结果误差小于5%,且Co夹杂的平均残余拉应力与fCo成反比,WC基体的平均残余压应力与fco成正比。 (3)应变率对硬质合金的应变有显著的影响、对流动应力影响较小。随应变率的增大应变变化较大,流动应力变化相对较小；硬质合金的流动应力随夹杂Co颗粒的体积百分含量的增加而减小,且减小量小于5%夹杂Co颗粒尺寸效应可以忽略；加载速度对硬质合金的应变率影响较大,而Co颗粒尺寸及体积含量对应变率几乎没有影响。 (4)数值模拟的结果和实验的结果在误差允许的范围内是吻合的,验证了数值模拟计算硬质合金动态力学性能的合理性。

【关键词】：
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O344.1;O242.1
【目录】：

摘要4-5

ABSTRACT5-9

第1章 绪论9-19

1.1 硬质合金简介9-13

1.1.1 硬质合金概述9-10

1.1.2 硬质合金的应用10-12

1.1.3 硬质合金发展历程12-13

1.2 硬质合金残余热应力分析13-14

1.3 硬质合金力学性能研究进展14-17

1.3.1 材料的动静态力学行为14-15

1.3.2 材料的计算细观力学模型15-16

1.3.3 材料细观力学数值计算研究进展16-17

1.3.4 SHPB技术的实验研究和数值模拟17

1.4 本文的选题依据17-18

1.5 本文的研究意义和主要的内容18-19

第2章 基于细观力学模型的硬质合金残余热应力分析19-34

2.1 硬质合金金金相图片的制备及主要参数的确定19-21

2.2 硬质合金ESHELBY等效夹杂理论21-22

2.3 硬质合金残余应力有限元分析前处理22-25

2.3.1 硬质合金多颗粒细观力学模型的建立22-23

2.3.2 材料模型23-24

2.3.3 单元类型的选择24-25

2.4 硬质合金热应力数值模拟25-33

2.4.1 随机模型计算的可靠性验证26-28

2.4.2 数值模拟28-33

2.5 本章小结33-34

第3章 硬质合金动态压缩力学性能的数值模拟34-49

3.1 ANSYS/LS-DYNA简介34-35

3.2 压杆设计及基本方程的推导35-38

3.3 硬质合金动态力学行为的有限元模型38-42

3.3.1 SHPB系统二维有限元模型38-39

3.3.2 材料模型及试样的状态方程39-41

3.3.3 SHPB数值模拟的处理方法41-42

3.4 硬质合金动态力学行为的影响因数42-47

3.4.1 应变率的影响42-44

3.4.2 Co夹杂体积含量的影响44-45

3.4.3 Co夹杂尺寸的影响45-47

3.5 本章小结47-49

第4章 硬质合金数值模拟的实验验证49-66

4.1 WC-Co硬质合金样品的制备49-51

4.2 SHPB实验装置51-54

4.2.1 SHPB简介51-52

4.2.2 SHPB装置的工作原理52-54

4.3 硬质合金SHPB实验测试结果与讨论54-64

4.3.1 硬质合金试样密度的测定54

4.3.2 硬质合金SHPB实验结果的有效性分析54-56

4.3.3 硬质合金SHPB实验测试56-57

4.3.4 实验结果与讨论57-64

4.4 数值计算结果与实验结果的对比64-65

4.5 本章总结65-66

第5章 全文总结与展望66-68

5.1 全文总结66-67

5.2 展望67-68

致谢68-69

参考文献69-73

攻读硕士学位期间参加的科研及发表论文情况73

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本文编号：124875