课题基金 / 基金详情

金属基复合材料网状构型设计与优化

批准号:
52101184
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
高翔
依托单位:
学科分类:
金属基复合材料与结构功能一体化
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
高翔

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在传统的增强体均匀分布复合材料中,不可避免的出现强韧性倒置的问题。本项目通过引入增强相网状构型设计强韧化复合材料。旨在探索一种数值模拟指导金属基复合材料构型设计及优化的研究方法。本项目采用全新的建模技术,构建颗粒/晶须按类晶界结构排列的多元胞网状构型复合材料几何模型,对其在拉伸和弯曲载荷作用下的变形和断裂行为进行仿真。阐明构型化复合材料变形过程中应力-应变分配和能量耗散的跨尺度力学原理,解决网状构型结构参数对复合材料变形、断裂行为和力学性能影响的问题。采用数值模拟结合原位拉伸试验、断口分析、同步辐射观察微裂纹形貌的办法,揭示铝基/钛基复合材料塑性变形、裂纹萌生扩展行为与材料强韧化机制。总结网状构型设计与优化准则。为网状构型金属基复合材料的设计、制备及应用提供理论基础与试验依据。
英文摘要
In the homogeneous composites, the inversion between strength and toughness is inevitable. A viable solution of strengthening and toughening metal matrix composites (MMCs) is reinforcement network architecture design. The project aims to explore a novel numerical simulation method, in order to guide the network architecture design and optimization of metal matrix composites. A new modeling technique will be adopted to construct geometry model of the composite, in which particles/whiskers align with grain-liked multi-cell network architecture. The crystal plasticity theory will be introduce to describe deformation behavior of matrix grain. Then the deformation and fracture behavior of network composites can be simulated with tensile and bending loads. The cross-scale mechanics principle of stress/strain distribution and energy dissipation will be expounded. The effect of structural parameters on the deformation, fracture behavior and mechanical properties of composites will be investigated. Numerical simulation combined with in-situ tensile test, fracture surface analysis and synchrotron radiation observation on microcrack morphology will be applied to reveal the mechanisms of plastic deformation, crack initiation/propagation and mechanism of strengthening and toughening in aluminum/titanium matrix composites with network architecture. The design and optimization of network architecture will be summarized, to provide useful insight into the design, fabrication and engineering application of this new class of MMCs.
高新技术发展要求钛基复合材料在高强度的基础上具有良好的塑韧性,然而传统的复合材料无法有效解决强韧性倒置的瓶颈问题。发展可控的构型设计,是打破这一瓶颈的技术关键。本项目基于增强相非均匀分布的新思路,在复合材料设计工作中,引入增强相局部体积分数的概念,理论分析了增强相连通程度与材料弹性模量的关系,为复合材料的构型强化建立了理论基础;开发了非均匀复合材料几何模型构建方法,并对其进行了力学行为仿真,揭示了构型参数对材料力学行为及性能的影响规律;以SiC/Al及TiB/Ti体系为基础,制备了系列网状复合材料,实现了良好的强韧性匹配;系统研究了构型化复合材料的增强相承载行为,基体协调变形行为,损伤及微裂纹钝化行为,构型设计延迟偏转主裂纹扩展行为,总结了网状结构复合材料强化与塑性改善机制,阐明了网状构型的强韧化机理。本项目通过粉末冶金、增材制造工艺制备网状结构复合材料,为发展新一代高性能金属基复合材料提供科学依据、设计策略和制备技术。
以煤电转型为主的中国能源结构变化建模及预测研究(子课题1)
  • 批准号:
    42341208
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    400万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    高翔
  • 依托单位:
二氧化碳吸收-解吸的影响规律及强化机制研究
  • 批准号:
    LDT23E06011E06
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    高翔
  • 依托单位:
二氧化碳低能耗高效捕集与资源化利用研究
  • 批准号:
    LDT23E0601
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    高翔
  • 依托单位:
HMGB2通过SIRT7/β-catenin信号通路对衰老骨髓间充质干细胞成脂-成骨分化的调控作用及机制研究
  • 批准号:
    LY21H070001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    高翔
  • 依托单位:
国内基金
海外基金