● 摘要
颗粒增强铝基复合材料是将具有很好韧性的铝基体与脆性的增强颗粒结合到一起的一种新型复合材料，由于这种复合材料具有细小而均匀的组织，增强颗粒能均匀地分布在铝基体之中，增强颗粒间的间距小，具有较高的比强度和比刚度，在轻型装甲车辆、舰船、坦克和直升机中都有很好的应用，因此颗粒增强铝基复合材料的研究对于工程应用具有很重要的意义。 本文主要针对SiC颗粒增强铝基复合材料，分别进行了试验研究和计算机数值模拟计算，具体内容包括： (1) SiC颗粒增强铝基复合材料静态力学性能的试验研究； (2) SiC颗粒增强层状功能梯度复合材料板的静态力学性能试验研究； (3) 计算机数值模拟及模型建立的基本理论； (4) 对SiC颗粒增强铝基复合材料进行拉伸和冲击模拟计算。通过研究，所做的工作和取得的结果主要有以下几条：(a) 分别对SiC颗粒增强铝基复合材料，以及由SiC颗粒和铝基体组合成的层状功能梯度复合材料进行拉伸，冲击试验研究，发现这类材料具有很好的弹性性能、很高的强度和较高的抗冲击性能。(b) 通过利用MSC家族的MSC.Nastran和MSC.Dytran软件，对SiC颗粒增强铝基复合材料进行模拟计算，共建立了4种类型的单胞空间力学模型，计算其弹性模量、剪切模量和泊松比等弹性性能参数，计算结果与试验结果吻合较好。(c) 利用有限元法和MSC.Nastran软件，计算SiC颗粒增强层状功能梯度复合材料的弹性模量和强度，并给出其强度准则，模拟计算结果与试验值吻合较好。计算层状功能梯度复合材料的有效剪切模量，验证本文所建立模型的有效性，说明该方法在计算特定体积分数下，颗粒增强功能梯度复合材料的弹性参数及强度是有效的。(d) 对SiC颗粒增强铝基组成的层状功能梯度复合材料，进行动态的高速和中速子弹冲击模拟计算分析，建立当子弹垂直侵彻复合材料板靶时，板靶的受力情况，其中涉及到材料的受力关系、冲击动力学基本方程等，并选择相应的本构关系，建立屈服模型和失效模式。通过对SiC颗粒体积分数呈梯度分布的复合材料进行高速、中速侵彻模拟计算，得出子弹在整个侵彻过程中的速度变化，板靶的塑性应变等。计算结果与试验比较，可知这种模拟分析方法对研究SiC颗粒增强层状功能梯度复合材料是有效的，对未来防弹装甲的发展具有一定的参考价值。