颗粒增强金属基复合材料具有复杂的细观结构,几何模型的构建一直是研究其力学性能的一个难点。通过ABAQUS软件的Python语言接口,完成颗粒增强金属基复合材料复杂细观模型的参数化建模,并封装为插件,可实现轴对称单胞、三维周期性单胞和颗粒随机分布代表性体积单元模型的参数化建模。分析了氧化锆增韧氧化铝颗粒(ZTA)的形貌、体积分数、界面结合性能等因素对氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基复合材料(ZTA_p/Fe45)力学性能的影响。结果表明,不规则多面体颗粒对复合材料弹性模量的增强作用大于球状颗粒,其不规则的形貌特点造成了复合材料内部更易出现应力集中现象。ZTA颗粒体积分数的增加,使得ZTA_p/Fe45复合材料弹性模量呈现上升的趋势,说明增强颗粒的加入可有效地提升复合材料的弹性模量。在低界面模量的情况下,界面结合性能的改善可显著地提升复合材料的弹性模量,当界面模量达到基体模量后,继续提高界面弹性模量对复合材料弹性模量的提升作用逐渐趋缓。

国家自然科学基金(51571210)；

1 ABAQUS-Python二次开发原理
2 参数化建模的实现
2.1 单胞模型
2.2 随机分布代表性体积单元模型
3 ZTAp/Fe45复合材料力学性能分析
3.1 颗粒形状对ZTAp/Fe45力学性能的影响
3.2 ZTA颗粒体积分数对复合材料力学性能的影响
3.3 界面性质对ZTAp/Fe45力学性能的影响
4 结 论

信振洋,王悦,苗文成,陈华辉.颗粒增强金属基复合材料参数化建模研究[J].矿业科学学报,2020,5(01):86-95.