高铁车体用网络互穿双金属复合型材棘轮疲劳行为以及结构演化与损伤机制研究

针对高铁车体在非常规突发事件和风雨雷电等恶劣环境中运行安全性和可靠性问题，对网络互穿复合型材的棘轮疲劳行为及微观组织结构演变与损伤展开系列研究。研究内容包括为，网络互穿复合材料制备、表征与力学性能测试：包括网络互穿复合型材制备技术、网络互穿复合型材微观组织表征、网络互穿复合型材力学性能测试，采用三维编织技术和熔体浸渗技术制备出了网路互穿复合型材，并对其力学性能进行了测试，表征了铸态下的微观组织结构；网络互穿复合型材的形变行为。利用实验和有限元模拟仿真澄清了网络互穿复合型材挤压、热压和轧制过程中的变形行为与组织演进规律，阐述了网络互穿复合型材在挤压、热压及轧制过程中的组织演化与损伤机制。研究了网络互穿复合型材的摩擦磨损行为，包括摩擦磨损实验、磨损机理分析、磨损有限元分析与模拟；设计并制造出了棘轮疲劳试验机，进行了弹丸冲击实验，澄清了弹丸冲击下的棘轮疲劳行为与组织演化损伤机制，在棘轮疲劳试验机设计与制造、棘轮疲劳组织损伤、裂纹扩展机理与模拟方面积累了系列成果。网络互穿双金属复合型材的成功制备是后续试验得以继续的基础条件，网络骨架及网络互穿复合型材微观结构表征是强韧化机理研究的前提，静态下常规性能的分析与测试为构建循环累积棘轮疲劳本构模型提供了常量参数的基础数据。.研究重点在在静态条件下研究“裂纹扩展行为”和“常规力学性能”基础上，在动态模拟实验条件下开展了高铁车体用网络互穿复合型材的微观结构演化与耦合损伤机制研究，构建了网络互穿复合型材在挤压、热压和轧制变形过程中形变动力学本构方程，通过有限元模拟仿真对网络互穿复合型材的单元模型、网络骨架几何模型、应力场、温度场和速度场等进行了分析。阐明了网络骨架对消减结构演变与损伤和抑制性能累积衰减的作用机制。通过应力场的模拟与仿真以及数值分析和数理统计计算，揭示棘轮疲劳行为下裂纹萌生、扩展的规律，明确裂纹偏转、分叉、增强体桥联和钉扎等多种机制的协同作用机理，为网络互穿复合型材在非稳态、多应力耦合作用下的安全使用提供理论基础支撑。