基于Mori-Tanaka均匀化方法及Eshelby等效夹杂理论建立了解析计算模型，用以预测多相各向异性TiB₂增强钢复合材料的力学性能，并系统研究了增强体的长径比、体积分数和取向对复合材料横向和纵向弹性模量的影响。结果表明：建立的模型可以准确预测多种不同金属基复合材料的弹性模量；大的长径比可以显著提高TiB₂增强钢复合材料的纵向弹性模量，且只造成横向弹性模量少量损失；增强相体积分数与弹性模量呈正相关；纵向弹性模量随着增强体排列方向与载荷方向之间夹角的增大而先增大后减小。

所属栏目

物理模拟与数值模拟国家自然科学基金资助项目（U1564203）；国家重点研究计划资助项目（2016YFB0300601）

收稿日期

2015/2/112016/10/27

作者单位

李涵:上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240法国国立高等工艺学校, 巴黎 75014
金学军:上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240
赵洪山:上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240

备注

李涵(1989-),男,山东淄博人,硕士研究生。

引用该论文:

LI Han,JIN Xue-jun,ZHAO Hong-shan.Prediction and Optimization of Mechanical Properties of Multi-phase Anisotropic TiB₂ Reinforced Steel Composite Using Model[J].Materials for mechancial engineering,2017,41(1):90～95
李涵,金学军,赵洪山.利用模型预测和优化多相各向异性TiB₂增强钢复合材料的力学性能[J].机械工程材料,2017,41(1):90～95

参考文献

【1】

叶平,沈剑平,王光耀,等.汽车轻量化用高强度钢现状及其发展趋势[J].机械工程材料,2006,30(3):4-6.

【2】

CHA L M, LARTIGUE-KORINEK S, WALLS M, et al. Interface structure and chemistry in a novel steel-based composite Fe-TiB₂ obtained by eutectic solidification[J]. Acta Materialia,2012,60(18):6382-6389.

【3】

宋克兴,李韶林,国秀花,等.TiB₂含量对TiB₂/Cu复合材料抗电蚀性能的影响[J].机械工程材料,2014,38(2):54-58.

【4】

HADJEM-HAMOUCHE Z, CHEVALIER J-P, CUI Y T, et al. Deformation behavior and damage evaluation in a new titanium diboride (TiB₂)-steel based composite[J]. Steel Research International,2012,83(6):538-545.

【5】

MORI T, TANAKA K. Average stress in matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions[J].Acta Metallurgica, 1973,21(5):571-574.

【6】

MURA T. Micromechanics of defects in solids[M]. Dordrecht:Martinus Nijhoff Publishers,1987:587.

【7】

ESHELBY J D. The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems[J]. Proceedings of the Royal Society of London A Mathematical Physical & Engineering Sciences, 1957, 241:376-396.

【8】

罗冬梅,杨虹,肖依英,等.短纤维与球状颗粒双相夹杂增强陶瓷基复合材料有效力学性能分析的广义Mori-Tanaka法[J].武汉理工大学学报,2013,35(7):26-31,36.DOI:10.3963/j.issn.1671-4431.2013.07.006.

【9】

赵爱红,虞吉林.含正交排列夹杂和缺陷材料的等效弹性模量和损伤[J].力学学报,1999,31(4):475-483.DOI:10.3321/j.issn:0459-1879.1999.04.012.

【10】

肖建强,章青,夏晓舟,等.基于Mori-Tanaka法的混凝土强度初步研究[J].混凝土,2013(9):18-21.DOI:10.3969/j.issn.1002-3550.2013.09.005.

【11】

PEN E L, BAPTISTE D, HUG G. Multi-scale fatigue behaviour modelling of Al-Al₂O₃ short fibre composites[J/OL].International Journal of Fatigue, 2002,24(2/4):205-214[2014-11-11]. http://dx.doi.org/10.1016/S0142-1123(01)00074-3.

【12】

DERRIEN K, FITOUSSI J, GUO G, et al. Prediction of the effective damage properties and failure properties of nonlinear anisotropic discontinuous reinforced composites[J/OL]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,2000,185(2/4):93-107[2014-11-11].http://dx.doi.org/10.1016/S0045-7825(99)00253-4.

【13】

TANDON G P, WENG G J. A theory of particle-reinforced plasticity[J]. J Appl Mech, 1988,55:126-135.DOI:10.1115/1.3173618.

【14】

GORSSE S, MIRACLE D B. Mechanical properties of Ti-6Al-4V/TiB composites with randomly oriented and aligned TiB reinforcements[J/OL]. Acta Materialia, 2003,51(9):2427-2442[2014-11-11]. http://dx.doi.org/10.1016/S1359-6454(02)00510-4.

【15】

DOGHRI I, FRIEBEL C. Effective elasto-plastic properties of inclusion-reinforced composites. Study of shape, orientation and cyclic response[J/OL]. Mechanics of Materials,2005,37(1):45-68[2014-11-11]. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmat.2003.12.007.

【16】

BÖHM H J, ECKSCHLAGER A, HAN W. Multi-inclusion unit cell models for metal matrix composites with randomly oriented discontinuous reinforcements[J/OL]. Computational Materials Science, 2002, 25(1/2):42-53[2014-11-11]. http://dx.doi.org/10.1016/S0927-0256(02)00248-3.