Ｒｅｓｅａ ｒｃｈ＆Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ Ｉ研究探讨 ５ ３●Ｏ ８ ６ ４ ２ Ｏ＆＆ ７ ８ ９ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ Ｏ ８ ６ ４ ｌ ９ ７ ５ ３ Ｏ５ ４ ４ ４ ４ ３ ３ ３ ３ ３ ２ ６ 较高。虽然在基体中平均应力比非增强合金的低，而其应 扩展。根据有限元计算结果和材料破坏准则，首先判断出 力峰值却比它高得多。这是因为跨过掺人体，基体界面的 损伤单元的位置，然后将有限元网格图中的损伤单元表 正应力要保持连续，这就要求基体应力峰值大概等于掺 示成黑色，如此可以形象地模拟出材料界面区的破坏过 入体的平均应力。所以界面区的应力较高。当拉伸应变为 程，起始的时侯，损伤只是出现在界面区，随着损伤的发 这与实验结果是相符的。 ０．２％时，基体中的最大应力小于其拉断应力３１７ ＭＰａ，当 展，界面的损伤会向基体中扩展，拉伸应变达到０．４％时，基体中部分区域的应力已经超过 ●６ ７ ８ ９ Ｏ●２ ３ ４ ５ ５ ５ ６ ６ ６ ７ ７ ７ ８ ８ ８ ５ ８ ｌ ４ ７ ｌ ４ ７ Ｏ ３ ６ 当界面完全脱粘之后，颗粒就没有增强作用了。 了其拉断应力。 ／。 、 、一 ／ ＼ ＼ Ｉ 皇 ｛ 、 ０ ．６７４ １．３４８ ２．０２２ ２．６９６ ３．３６９ ．３３７ １．０ｌｌ １．６８５ ２．３５９ ３．０３３ 距离Ｄ／ｍｍ Ｉ图７ ０．２％应变时沿路径的应力变化 为了能更清楚的看出界面附近的应力分布情况，沿 颗粒周向在基体中定义了一条路径，路径起始点在颗粒 上部，终点在颗粒右部，并画出了沿此路径的应力曲线， 如图７所示。其中横坐标为路径上的点距起始点的距离。 应变沿定义路径的变化趋势和应力相同。从而可以知道 在界面区的应力和应变都是极不均匀的，基体中的界面 区与其它区域相比更容易发生开裂。 ４开裂时的应力场及裂纹扩展 当有限元结果显示材料大部分区域的应力已超过其 拉断极限时，如果不采用新技术对此进行修正，则与实际 情况会存在较大偏差。为此本文应用ＡＮＳＹＳ中的单元生 死技术对开裂时的应力场分布及材料破坏进行了分析。 其思路如下：采用位移加载方式，首先对整体网格进行应 力分析，计算出模型中各单元的局部应力；然后根据一定 的破坏准则来检查材料中是否有单元破坏，如果没有，继 续增加一个位移增量，进行下一步应力计算；如果有破坏 单元，对破坏单元采用刚度特性退化从模型中除去；然后 重新进行当前步的应力计算。重复上述过程，直至整个材 料产生宏观破坏，材料的破坏过程和路径通过单元的依 次破坏来模拟。 在以上分析基础上，本文从整体拉伸应变为０．２％开 始，逐渐增加加载量，进行了一系列的模拟。当加载到 ０．２２％时的应力图如图８所示，从中可以看出界面区的有 些单元的应力已经超过了３１７ＭＰａ。杀死这此单元后的应 力分布如图９所示。 从两图对比中可以看出，当界面发生损伤后，复合材 料中的应力发生了变化，陶瓷颗粒的应力变小，材料的载 荷传递比变小，复合材料的有效性能下降。基体中的应力 也变均匀了，但在损伤材料的周围出现了新的应力集中， 材料将在新的最大应力处产生损伤并且损伤将向基体中 ５结论 （１）用细观力学的方法研究了陶瓷颗粒增强镍基合 金复合材料的强度和损伤失效，计算分析了金属基体中 的应力应变分布情况，结果显示基体中应力极不均匀，界 面区存在应力集中。 （２）用有限元软件ＡＮＳＹＳ对复合材料单向拉伸下的 应力场进行了模拟，用单元消去技术模拟了材料界面开 裂情况下的应力场变化及裂纹扩展路径。 ［参考文献］ ［１］吴玉程，黄新民。张立德。等．添加金刚石对镍基合金的强化与 磨损性能影响［Ｊ］．矿冶工程。１９９９，１９（１）：５７—５９． ［２］查莹，周昌炽，唐西南，等．改善激光熔覆镍基合金和陶瓷硬质 相复合涂层性能的研究［Ｊ］＇中国激光，１９９９。２６（１０）：８２—８６． ［３］王俊英，林化春，杨东．ＷＣ／Ｎｉ６０真空熔烧涂层的组织结构特性 ［Ｊ］．材料开发与应用，２￣３（１）：１２—１５． ［４］杜善义，王彪．复合材料细观力学［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９８． ［５］唐春安，傅宇方，林鹏，等．短纤维增强复合材料破坏过程的数 值模拟［Ｊ］．力学学报，２０００，３２（３）：３７３—３７８． ［６］王国珍，丁雨田，陈剑虹．ＳｉＣ粒子增强铝基复合材料的断裂行 为［Ｊ］．甘肃工业大学学报，１９９８，２４（１）：１－５． （编辑立明） 作者简介：姚战军（１９７７一），男，博士研究生，研究方向主要为金属基 复合材料细观力学性能分析及数值计算。 收稿日期：２００６—０ｌ一０８ 杭州机床集团日前为大连机床集团开发 成功数控单柱一次成形车床床身导轨磨床。 该产品采用单立柱磨头移动式布局，主轴 应用动静压轴承，磨头电机功率４５ ｋＷ，组合 式砂轮结构，最大砂轮跨距５００ｍｍ；首创台式 液压与机械结合仿形砂轮修正装置，由二级液 压缸垂直仿形和横向机械传动关联运动，其仿 形动作灵敏，修正精度稳定；机床采用二轴数 控系统，定位精度高；加工件车床床身或床鞍 各导轨面可以一次磨削成形，有较高的磨削效 率和磨削精度。 机械工程师２００６年第７期Ｉ ６８
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