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本文针对ZrCp/W复合材料的微结构的特点,建立了复合材料的细观力学模型,考察不同模型的有效性,对ZrCp/W复合材料在不同条件下的压缩和拉伸变形行为及损伤行为进行了有限元数值模拟,并与试验结果进行比较。
根据颗粒增强复合材料的微结构的特征,建立了球体单颗粒单胞模型、球体多颗粒单胞模型、轴对称模型、单颗粒平面应变模型以及多颗粒平面应变模型等五个细观力学模型。含15个颗粒的立方模型和平面应变模型更接近复合材料中颗粒的实际分布情况,更能反应复合材料在变形时的应力应变场。而三个单颗粒模型由于考虑了微结构的对称性和边界位移的协调性,使得计算上效率高而精度上基本不受损失。对ZrCp/W复合材料在不同的增强相体积分数、加载的应变速率、颗粒间相互作用及试验温度等因素下的应力—应变行为的数值模拟理论预测的复合材料的压缩应力—应变曲线基本上与试验测试结果吻合。复合材料在变形时的微裂纹的萌生和扩展导致试验测试的复合材料的应变偏高,进而使得复合材料的应力—应变的试验测试结果与理论预测结果有偏离。
对复合材料的微观损伤行为的有限元分析表明,承担主要载荷的颗粒一旦开裂后,使流变应力迅速下降,同时在颗粒/基体界面处产生很高的应力集中,进而会引起界面开裂和裂纹在基体中的快速扩展。