圆柱3D-MMCs/steel复合材料压缩失效机制

发布时间：2023-01-31 08:38

　　陶瓷颗粒增强金属基复合材料因显著的增强效果广受重视,但在实现强度、硬度提升的同时,却极大降低了材料的韧塑性,而结构设计在解决该类问题上具有突出优势。本课题组前期针对三维互穿MMCs增韧做了大量研究,在此基础上,本文重点研究具有最优三维结构形态的圆柱3D-MMCs/steel复合材料的静压、压-压疲劳性能及两类测试下的材料失效断裂机制,与同样测试条件下的均匀复合材料进行性能、断裂方面的对比,为空间结构复合材料的进步设计完善提供扎实有效的依据,并充实结构复合设计理论。本文选用90-120目ZTA陶瓷颗粒作为增强体,以韧塑形良好的40Cr作为金属基体,设计、制备的圆柱3D-MMCs/steel复合材料、均匀复合材料。静压测试表明,均匀复合材料的抗拉极限为1025.67MPa,应变率为0.419%。结构复合材料的抗压抗压极限为987.41MPa,抗压极限时应变率为11.3,相比于均质复合材料线弹性阶段至抗压极限后应力发生快速降低,展现出完全脆性材料特征,结构复合材料在600MPa左右线弹性阶段结束后应力不断攀升随后平缓降落,展现出良好弹塑性特征,失效缺口、裂纹分析表明,充分发挥了韧性钢基的优良... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 金属基体与陶瓷颗粒的选择
    1.3 氧化铝陶瓷颗粒增强钢基复合材料面临的问题
        1.3.1 润湿性差
        1.3.2 界面复合效果差
    1.4 颗粒增强金属基复合材料强化与失效机制
        1.4.1 陶瓷颗粒增强金属基复合材料强化机制
        1.4.2 增强颗粒对复合材料疲劳强度的影响机制
        1.4.3 第二相颗粒对材料疲劳失效的影响
    1.5材料失效测试方法分类
        1.5.1 静压测试
        1.5.2 疲劳测试
    1.6 构型复合材料
        1.6.1 构型复合设计发展现状
        1.6.2 构型复合制备工艺
    1.7 构型复合材料研究的不足
    1.8 研究意义与研究内容
        1.8.1 研究意义
        1.8.2 研究内容
第二章 实验材料及制备测试方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 陶瓷颗粒增强体的选用
        2.1.2 金属基材与粘结剂的选用
        2.1.3 3D打印材料的选用
    2.2 空间结构模型的参数设计
    2.3 空间结构复合材料制备流程
        2.3.1 3D打印制备消失模
        2.3.2 预制体的制备
        2.3.3 压铸复合工艺
        2.3.4 热处理工艺
    2.4 静压性能测试方法
    2.5 压-压疲劳测试方法
        2.5.1 疲劳测试试验机
        2.5.2 疲劳测试参数设置
    2.6 分析检测手段
第三章 空间结构复合材料压缩力学性能研究
    3.1 静态压缩力学性能测试试样形貌
    3.2 压缩失效分析检测方法
    3.3 压缩测试曲线分析
    3.4 均质复合材料静压失效组织分析
        3.4.1 均匀复合材料宏观断面
        3.4.2 均匀复合材料主裂纹分叉处微观形貌
        3.4.3 均匀复合材料失效模式
    3.5 圆柱3D-MMCS/STEEL结构复合材料静压失效组织分析
        3.5.1 静压失效宏观形貌
        3.5.2 静压失效微观形貌
        3.5.3 静压失效机制分析
第四章 空间结构复合材料疲劳失效分析
    4.1 压-压疲劳性能测试试样形貌
    4.2 均匀复合材料疲劳失效分析
        4.2.1 均匀复合材料初始疲劳裂纹与组织脱落
        4.2.2 均匀复合材料疲劳失效宏观形貌
        4.2.3 均匀复合材料疲劳失效微观形貌
        4.2.4 均匀复合材料疲劳失效机制
    4.3 结构复合材料疲劳失效分析
        4.3.1 结构复合材料初始疲劳裂纹与组织脱落
        4.3.2 结构复合材料失效宏观形貌
        4.3.3 结构复合材料疲劳失效微观形貌
        4.3.4 结构复合材料疲劳失效机制
第五章 空间结构复合材料失效与增韧机制
    5.1 静压失效中的结构复合材料渐进损伤
    5.2 压-压疲劳中的渐进损伤断裂模式
    5.3 结构复合材料静压、压-压疲劳下失效机制的异同
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士期间研究成果目录


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]三维网络陶瓷/铁合金复合材料制备及其摩擦磨损性能研究[D]. 杨少锋.华南理工大学 2011

硕士论文
[1]空间结构形式对钢基复合材料力学性能的影响[D]. 廖冲.昆明理工大学 2017
[2]陶瓷颗粒增强钢基复合材料/钢三维互穿网络结构材料的制备及性能初探[D]. 赵馨月.昆明理工大学 2016
[3]受压状态下脆性材料断裂机理的试验研究[D]. 刘天鹏.西安理工大学 2006



本文编号：3733849