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TiB_2-CuFGM的使用过程中变形及热应力的数值模拟

王学兵  张幸红  杜善义  
【摘要】:采用有限元方法,利用MSC/NASTRAN软件对燃烧合成法制备的TiB2-Cu FGM使用条件下的变形和热应力进行了数值模拟。针对不同的工作环境(稳态,即较低的使用温度:瞬态,较高的使用温度), 模拟过程中分别采用了弹性和弹塑性模型,并对比了相应的结果。将FGM与两相直接叠合金属陶瓷和均质TiB2-Cu金属陶瓷的数值模拟结果进行了比较。结果表明多层的TiB2-Cu FGM具有较好的变形和热应力缓和效果。稳态数值模拟的结果表明,在材料的高温侧表面附近存在压缩应力,对于均质材料,高温侧表面的压缩应力决定了材料强度;对于梯度材料,试样内部的拉伸应力决定了材料的强度。瞬态数值模拟的结果表明,热冲击载荷越大,材料内部的最大热应力越大。在热冲击作用下,在靠近试样的热冲击表面处存在较大的压缩应力,对于均质金属陶瓷,热冲击表面附近的压缩应力是材料强度的主要决定因素;对于梯度材料,材料的强度主要由试样内部的拉应力决定。瞬态条件下,针对不同热冲击条件也进行了相应的数值模拟。

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