目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 鈦基復(fù)合材料的定義與分類 4
1.2 鈦基復(fù)合材料特性及其應(yīng)用 4
1.3 增強體的分類 5
1.4 增強體材料的選擇 7
1.4.1復(fù)合材料中的TiC 8
1.4.2復(fù)合材料中的TiB 8
1.4.3復(fù)合材料中的稀土元素氧化物 9
1.5 鈦基體材料的選擇 9
1.6 鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究 9
1.6.1 室溫特性 10
1.6.2 高溫特性 12
1.6.3 動態(tài)特性 14
1.7 顆粒增強復(fù)合材料理論分析研究現(xiàn)狀 15
1.7.1 宏觀力學(xué)理論研究 15
1.7.2 細觀力學(xué)理論研究 17
1.7.3 宏細觀結(jié)合力學(xué)理論研究 21
1.8 顆粒增強復(fù)合材料數(shù)值計算研究現(xiàn)狀 23
參考文獻 24
第2章 鈦基復(fù)合材料的制備方法 27
2.1 熔鑄法 27
2.2 粉末冶金法 27
2.3 機械合金化法 28
2.4 自蔓延高溫合成法 28
2.5 XDTM法 28
2.6 反應(yīng)熱壓法 29
2.7 燃燒輔助鑄造法 29
2.8 直接反應(yīng)合成法 (DRS) 29
2.9 熔化輔助合成法 30
2.10 反應(yīng)自發(fā)滲透法 30
2.11 直接金屬/熔體氧化法 30
2.12 反應(yīng)擠壓鑄造法 31
2.13 氣-液合成技術(shù)法 31
2.14 快速凝固法 31
2.15 放電等離子燒結(jié)技術(shù) 32
2.16 增材制造技術(shù)法 32
2.17 金屬注射成形法制備Ti-6Al-4V 34
參考文獻 35
第3章 鈦基復(fù)合材料的界面及微觀結(jié)構(gòu) 38
3.1 鈦基復(fù)合材料界面的定義 38
3.2 鈦基復(fù)合材料界面的特征 39
3.2.1 鈦基復(fù)合材料界面的效應(yīng) 39
3.2.2 鈦基復(fù)合材料界面的結(jié)合機制 40
3.2.3 鈦基復(fù)合材料界面的分類及界面模型 41
3.2.4 鈦基復(fù)合材料界面微觀結(jié)構(gòu)及界面反應(yīng) 43
3.2.5 鈦基復(fù)合材料界面的穩(wěn)定性 48
3.2.6 鈦基復(fù)合材料界面的力學(xué)特性 49
3.2.7 鈦基復(fù)合材料的界面設(shè)計 52
3.3 鈦基復(fù)合材料界面的表征 53
3.3.1 鈦基復(fù)合材料的界面組織結(jié)構(gòu)表征 53
3.3.2 鈦基復(fù)合材料的界面強度的表征 54
3.3.3 鈦基復(fù)合材料的界面區(qū)位錯分布 56
3.3.4 鈦基復(fù)合材料的界面殘余應(yīng)力的測試 57
3.4 TiC/Ti復(fù)合材料的制備及微觀結(jié)構(gòu) 58
3.4.1 TiC/Ti復(fù)合材料的制備 58
3.4.2 TiC/Ti復(fù)合材料的相分析和微觀結(jié)構(gòu) 60
3.4.3 凝固過程對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響 66
3.4.4 Cr、Mo和TiC組分對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響 69
3.5 TiB/Ti復(fù)合材料的制備及微觀結(jié)構(gòu) 71
3.5.1 TiB/Ti復(fù)合材料的制備 71
3.5.2 TiB/Ti復(fù)合材料的相分析和微觀結(jié)構(gòu) 72
3.6 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的制備及微觀結(jié)構(gòu) 77
3.6.1 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的制備 77
3.6.2 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的相分析和微觀結(jié)構(gòu) 79
3.6.3 (TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料的成型過程與增強體形成機制 88
參考文獻 90
第4章 鈦基復(fù)合材料的力學(xué)性能 93
4.1 鈦基復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能 93
4.1.1 顆粒增強鈦基復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能 93
4.1.2復(fù)合材料力學(xué)性能的強化機制、應(yīng)變率效應(yīng)和斷裂機制 98
4.1.3 不同固溶處理溫度下復(fù)合材料室溫拉伸性能 103
4.1.4 不同冷卻速度下復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能 105
4.1.5復(fù)合材料的抗侵徹性能 106
4.2 鈦基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能 109
4.2.1 顆粒鈦基復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能 109
4.2.2 Cr、Mo和TiC組分的顆粒增強鈦基復(fù)合材料高溫性能 113
4.2.3 不同熱處理下顆粒增強鈦基復(fù)合材料高溫性能 117
4.2.4 TP-650鈦基復(fù)合材料的高溫持久和蠕變性能 118
4.2.5復(fù)合材料的高溫性能和合金組織的關(guān)系 118
4.3 鈦基復(fù)合材料的本構(gòu)模型 120
4.3.1 Johnson-Cook本構(gòu)方程的建立 121
4.3.2 修正Johnson-Cook本構(gòu)模型 128
4.3.3 鈦基復(fù)合材料的細觀本構(gòu)模型 133
參考文獻 155
第5章 鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的數(shù)值模擬 158
5.1 均勻化理論的基本思想 158
5.2 均勻化理論的發(fā)展 159
5.3 均勻化方法在不同研究領(lǐng)域的應(yīng)用 161
5.3.1 在傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用 161
5.3.2 在生物力學(xué)方面 161
5.3.3 在拓撲優(yōu)化方面 162
5.3.4 在多孔介質(zhì)滲流方面 162
5.4 均勻化理論與其他復(fù)合材料研究方法的比較 162
5.4.1 細觀力學(xué)方法 162
5.4.2 分子動力學(xué)方法 163
5.5 均勻化理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和誤差估計 163
5.5.1 基本假設(shè) 163
5.5.2 數(shù)學(xué)描述 164
5.5.3 橢圓型微分算子的均勻化過程 165
5.5.4 橢圓型微分算子均勻化解的誤差估計 167
5.6 彈性均勻化理論 168
5.7 彈塑性力學(xué)性能分析的均勻化方法 171
5.8 率相關(guān)的彈黏塑性均勻化理論 175
5.8.1 基本方程 175
5.8.2 均勻化過程的推導(dǎo) 176
5.9 基于不動點迭代方法的均勻化理論及數(shù)值模擬 178
5.9.1 不動點迭代方法 178
5.9.2 有限元分析模型 180
5.9.3 數(shù)值計算結(jié)果與分析 181
5.10 平面問題的彈塑性有限元理論及程序 195
5.10.1 平面問題的彈性理論 195
5.10.2 平面問題的塑性理論 198
5.10.3 有限元問題的離散化基本方程表達式 200
5.10.4 剛度矩陣和一致載荷矢量的計算方法及程序?qū)崿F(xiàn) 204
5.10.5 二維彈塑性準靜態(tài)有限元總程序 209
5.10.6 非線性動態(tài)瞬變問題的隱式-顯式時間積分解法 212
5.10.7 二維彈塑性動態(tài)瞬變有限元總程序 216
5.10.8 顆粒增強鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的數(shù)值計算結(jié)果及分析 222
參考文獻 230
第6章 鈦基復(fù)合材料的損傷與失效 232
6.1 金屬基復(fù)合材料損傷基本理論 232
6.2 金屬基復(fù)合材料的損傷和失效機制 234
6.2.1 金屬基復(fù)合材料的損傷機制 234
6.2.2復(fù)合材料的失效發(fā)展過程及概率方法 235
6.2.3 損傷統(tǒng)計累積時復(fù)合材料的承載能力 235
6.2.4 損傷累積函數(shù)和短纖維段的強度分布 238
6.2.5復(fù)合材料的完全失效的過渡 239
6.2.6 組元物理化學(xué)相互作用的影響 243
6.3 鈦基復(fù)合材料的損傷與失效 246
6.3.1 TiC顆粒增強鈦基復(fù)合材料中微裂紋的擴展規(guī)律 246
6.3.2 TiC顆粒增強鈦基復(fù)合材料的動態(tài)拉伸損傷機制 248
6.3.3 平面損傷本構(gòu)關(guān)系 250
6.3.4 一維動態(tài)拉伸損傷本構(gòu) 254
6.3.5 模型參數(shù)與計算結(jié)果討論 256
6.4 沖擊作用下基體材料的失效 262
6.5 Ti-6Al-4V再結(jié)晶動力學(xué)計算 264
6.5.1 晶界遷移機制動力學(xué)計算 265
6.5.2 亞晶合并動力學(xué)計算 266
6.5.3 Ti-6Al-4V絕熱剪切帶內(nèi)組織演化機制 267
參考文獻 269
第7章 鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展趨勢 272
7.1 鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用 272
7.2 鈦基復(fù)合材料的發(fā)展趨勢 274
參考文獻 275
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