纳米增强体镁基复合材料力学性能数值模拟

发布时间：2017-12-25 09:11

  本文关键词：纳米增强体镁基复合材料力学性能数值模拟　出处：《沈阳工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：纳米材料尺寸很小,试验相对困难,故采用有限元分析软件来研究纳米管和石墨烯增强复合材料的力学性能,为纳米增强体复合材料的深入研究提供理论依据。主要应用Material Studio(MS)和ANSYS软件对纳米增强体镁基复合材料的力学性能进行数值模拟。基于密度泛函理论的广义梯度近似和平面波赝势方法,利用MS软件研究掺杂P后纳米管吸附Mg体系及石墨烯吸附Mg体系的界面结合强度和稳定性。研究发现,掺杂P使体系结合能降低,提高了纳米管自身强度;吸附能增大,显著增强了与Mg的界面结合强度;石墨烯与Mg间的界面结合强度较好。应用ANSYS有限元软件的APDL(ANSYS Parametric Design Language)命令流建立三维随机分布模型,进行碳纳米管增强镁基复合材料的单轴拉伸与压缩试验的数值模拟,碳纳米管和石墨烯混合增强镁基复合材料单轴拉伸数值模拟。研究发现,单轴拉伸和压缩模拟过程中,在碳纳米管与镁基体相接触的界面附近的第一主应力、von Mises应力分布都极不均匀;在界面附近最易发生屈服现象,最易萌生裂纹。拉伸过程中碳纳米管与作用力方向呈180?时,界面附近的第一主应力和von Mises应力平均值最大,此位置界面附近最易萌生裂纹,发生屈服现象;压缩模拟过程中,呈90?时界面附近的第一主应力平均值最大,此位置界面附近最易萌生裂纹,呈180?时界面附近的von Mises应力平均值最大,此位置界面附近最易发生屈服现象。碳纳米管和石墨烯附近von Mises应力分布不均匀,在增强体与基体间界面附近和距离较近的增强体之间最容易发生屈服现象。应用ANSYS有限元软件,设置材料参数后进行网格精细化分,利用单元生死功能,以APDL命令流来实现多载荷步的加载方式,进行碳纳米管增强镁基复合材料单轴拉伸破坏过程中裂纹萌生和裂纹扩展模拟。结果发现,在碳纳米管与镁基体的界面附近最先萌生裂纹;裂纹扩展方向预测与模拟结果相符,扩展速度随着载荷增大而增大,特别在两个裂纹重合后。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB333

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本文编号：1332213