[发明专利]一种基于颗粒尺度效应预测颗粒增强金属基复合材料失效机制的方法

说明书

本发明公开了一种基于颗粒尺度效应预测颗粒增强金属基复合材料失效机制的方法，通过在宏观拉应力条件下，对比颗粒承载的最大应力与颗粒临界最大断裂应力，从而判断失效机制仅仅是界面脱粘还是会因为界面脱粘导致颗粒断裂。如果颗粒增强金属基复合材料的微观失效机制先为界面脱粘后为颗粒断裂，但因为颗粒断裂微观机制对颗粒增强金属基复合材料的断裂韧性是无益的，则需调整此时的工艺参数；如果预测的颗粒增强金属基复合材料的微观失效机制为界面脱粘，界面脱粘失效机制对颗粒增强金属基复合材料的断裂韧性是有益的，则只需继续优化工艺参数。

【技术领域】

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种基于颗粒尺度效应预测颗粒增强金属基复合材料失效机制的方法。

【背景技术】

金属基复合材料，是以金属或者合金为基体，以颗粒或者纤维作为增强相复合而成的一种新材料。它兼有金属良好的塑性和韧性以及增强相的高强度、高刚度的优点，从而显示出不同于基体材料的物理性能和力学性能。这类材料具有比基体更高的抗压、抗剪切、抗冲击、耐摩擦及高温承受能力，还具有传统合金材料不可比拟的可设计性。

大量研究表明，颗粒增强金属基复合材料的力学性能受到诸多因素的影响，如制备工艺、组分材料性能、颗粒的体积分数、大小、形状、分布、颗粒与基体的界面粘接状态以及热处理工艺等。由于的种类繁多，并且其性能受到各种因素的影响，通过实验研究的性能为实际应用提供设计依据所需要的成本较高，而且设计周期较长。因此，近几十年来，大量的研究者尝试从理论方法预测颗粒增强金属基复合材料的性能，为改进制备工艺、降低设计成本和周期做出了大量的努力。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于颗粒尺度效应预测颗粒增强金属基复合材料失效机制的方法，以准确预测颗粒增强金属基复合材料失效机制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于颗粒尺度效应预测颗粒增强金属基复合材料失效机制的方法，在金属基复合材料承载拉应力的条件下，通过应力模型确定颗粒承载的最大应力(σ_p)_max，根据金属基复合材料中的颗粒尺寸和颗粒的断裂韧性确定临界颗粒断裂应力σ_cr；

如果(σ_p)_max大于σ_cr，则金属基复合材料的先发生界面脱粘后，会发生颗粒断裂；

如果(σ_p)_max小于σ_cr，则金属基复合材料只发生界面脱粘。

本发明的进一步改进在于：

优选的，确定颗粒承载的最大应力(σ_p)_max计算式为：

其中，为临界塑性应变，μ^*是与金属基体和颗粒塑性不协调的弹性因子，f为颗粒体积分数，Φ^*为损伤函数中间参数，K为金属基体的强度系数。

优选的，金属基体和颗粒塑性不协调的弹性因子μ^*的计算式为：

其中，μ_M为金属基体的剪切模量，μ_P为颗粒的剪切模量，γ为Eshelby因子。

优选的，球形颗粒的Eshelby因子γ表达式为1-2(4-5ν)/15(1-ν)。

优选的，损伤函数中间参数Φ^*的计算公式为：

优选的，临界颗粒断裂应力σ_cr的计算公式为：