Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Исследование методом конечных элементов влияния термических остаточных напряжений на механические свойства композитов с магниевой матрицей WE43, армированных частицами SiCp

Weihan Li, Junfei Xu, Yongjun Feng, Beiyi Ma, Zhiwen Xie, Suying Hu

Аннотация


Исследовано влияние термических остаточных напряжений на механические свойства композитов с магниевой матрицей WE43, армированных частицами SiCp, с использованием метода конечно-элементного моделирования. Показано, что термические остаточные напряжения (деформации) в композитах SiCp/WE43 сосредоточены в матрице вблизи границы раздела с частицами SiCp. Установлено, что остаточные напряжения (деформации) снижают механические свойства композитов. С увеличением размеров армирующих частиц SiCp степень снижения модуля упругости и предела текучести увеличивается, составляя в среднем 14,17 и 4,47 % соответственно. При этом влияние размеров полигональных частиц более значительное, чем круглых частиц.


Ключевые слова


композит SiCp/WE43 с магниевой матрицей; термические остаточные напряжения; моделирование методом конечных элементов; модуль упругости; предел текучести

Полный текст:

PDF

Литература


Arsenault R. J., Wang L., Feng C. R. Strengthening of composites due to microstructural changes in the matrix // Acta Metallurgica et Materialia. 1991. V. 39. P. 47 – 57. DOI: 10.1016/0956-7151(91)90327-W

Yutao Z., Qixun D., Gang C. Metal matrix composites. Beijing: China Machine Press, 2007. 134 p.

Wenxian Li. Magnesium and Magnesium Alloy. Changsha: Central South University Press, 2005. 314 p.

Gengkai Hu, Guoliang Huang. Influence of residual stress on elastic-plastic deformation of composite materials // Acta Materiae Compositae Sinica. 2000. V. 02. P. 60 – 65. DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.2000.02.015

Zhijun Ma, Yanqing Yang. Progress in thermal residual stresses of continuous fiber reinforced titanium matrix composites // Rare Metal Mat. Eng. 2004. V. 12. P. 1248 – 1251. https://doi.org/1002-185X(2004)12-1248-04

Shibata S., Taya M., Mori T. Dislocation punching from spherical inclusions in a metal matrix composite // Acta Metallurgica et Materialia. 1992. V. 40. P. 3141 – 3148. DOI: 10.1016/0956-7151(92)90477-V

Withers P. J., Stobbs W. M. The application of the Eshelby method of internal stress determination to short fibre metal matrix composites // Acta Metallurgica. 1989. V. 37. P. 3061 – 3084. DOI: 10.1016/0010-4361(90)90028-U

Hu G. K., Weng G. J. Influence of thermal residual stresses on the composite macroscopic behavior // Mech. Mater. 1998. V. 27. P. 229 – 240. DOI: 10.1016/S0167-6636(97)00050-1

Mingming Zhao. The finite element numerical analysis of mechanics properties of particle-reinforced magnesium composite material / Shenyang University of Technology. China, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD- 10142-1015579503.htm

Weng G. J. Explicit evaluation of Willis’ bounds with ellipsoidal inclusions // Int. J. Eng. Sci. 1992. V. 30. P. 83 – 92. DOI: 10.1016/0020-7225(92)90123-X

Wenbo Liu, Rongguo Wang. Study of micro-mechanics and macroscopic properties of new type thermoplastic composites // Journal of Materials Engineering. 2004. V. 10. P. 46 – 49. https://doi.org/1001-4381(2004)10-0046-04

Rahimian M., Ehsani N., Parvin N. The effect of particle size, sintering temperature and sintering time on the properties of Al – Al2O3 composites, made by powder metallurgy // J. Mater. Process. Technol. 2009. V. 209. P. 5387 – 5393. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2009.04.007

Xianzhong Lang. The mechanical properties of thermal residual stress effect on particles enhanced Mg matrix composite / North University of China. China, 2015. DOI: 10.7666/d.D640486

Zhiwen Xie, Feng Guo, Xinfang Huang. Understanding the anti-wear mechanism of SiCp/WE43 magnesium matrix composite // Vacuum. 2019. V. 172. Art. 109049. DOI: 10.1016/ j.vacuum.2019.109049

Рудской А. И., Кондратьев С. Ю., Соколов Ю. А. Новый подход к синтезу порошковых и композиционных материалов электронным лучом. Часть 1. Технологические особенности процесса // МиТОМ. 2016. № 1(727). С. 30 – 35. (Rudskoy A. I., Kondrat’ev S. Yu., Sokolov Yu. A. New approach to synthesis of powder and composite materials by electron beam. Part 1. Technological features of the process // Met. Sci. Heat Treat. 2016. V. 58, Is. 1 – 2. P. 27 – 32. DOI: 10.1007/s11041-016-9959-x)

Кондратьев С. Ю., Соколов Ю. А. Новый подход к синтезу порошковых и композиционных материалов электронным лучом. Часть 2. Практические результаты на примере сплава ВТ6 // МиТОМ. 2016. № 3(729). С. 40 – 44. (Kondrat’ev S. Yu., Sokolov Yu. A. New approach to electron beam synthesis of powder and composite materials. Part 2. Practical results for alloy VT6 // Met. Sci. Heat Treat. 2016. V. 58, Is. 3 – 4. P. 165 – 169. DOI: 10.1007/ s11041-016-9982-y)

Bin Huang, Yanqing Yang. Analysis methods and effect of thermal residual stresses on the structure and mechanical properties of metal matrix composites // Materials Reports. 2006. V. 20. P. 413 – 415. DOI: 10.3321/j.issn:1005-023X. 2006.z1.131

Jianyun Zhang, Jin Zou. Effect of particle on thermal residual stress in aluminum matrix composite // Transactions of Materials and Heat Treatment. 2009. V. 30. P. 197 – 200. DOI: 10.13289/j.issn.1009-6264.2009.01.003

Yuanyuan Han, Fengzhen Li. Finite element analysis of the effect of particle shape on the thermal residual stress in Al matrix composites // Journal of Harbin University of Science and Technology. 2003. V. 8. P. 83 – 86. DOI: 10.3969/ j.issn.1007-2683.2003.05.025

Yang Chen. Constitutive modeling of particle-reinforced composites in finite deformation / Chongqing University. China, 2017. https://doi.org/CNKI:CDMD:1.1017.722132

Shuang Zhou. numerical simulation of mechanical properties of nano-reinforced magnesium matrix composites / Shenyang University of Technology. China, 2017. https://doi.org/ CNKI:CDMD:2.1017.184713

Zhiwei Chen. Effect of reinforcing particle shape and distribution on the mechanical properties of silver electrical contact composites / Northeastern University. China, 2015. https:// d.wanfangdata.com.cn/thesis/Y3507460

Hanlin Ding. Experimental study and numerical simulation of hot deformation behaviors of AZ91 alloy / Shanghai Jiao Tong University. China, 2007. https://d.wanfangdata.com.cn/ thesis/Y1228396

Mary Vogelsang, Arsenault R. J., Fisher R. M. An in situ HVEM study of dislocation generation at Al/SiC interfaces in metal matrix composites // Metallurgical Transactions A. 1986. V. 17A. P. 379 – 389. DOI: 10.1007/BF02643944

Prangnell P. B., Downes T., Stobbs W. M., Withers P. J. The deformation of discontinuously reinforced MMCs — I. The initial yielding behavior // Acta Metallurgica et Materialia. 1994. V. 42. P. 3425 – 3436. DOI: 10.1016/0956-7151(94)90475-8

Yao N., Lordi V. Young’s modulus of single-walled carbon nanotubes // J. Appl. Phys. 1998. V. 84. P. 1939 – 1943. DOI: 10.1063/1.368323




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.4.71-80

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026