基于三维微观结构的SiCp/AZ91D复合材料裂纹萌生扩展机制

材料工程 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (09) : 101 -114.

基于三维微观结构的SiC_p/AZ91D复合材料裂纹萌生扩展机制

梁超群, 尧军平, 李怡然, 肖鹏, 陈国鑫, 李步炜

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摘要

利用有限元分析软件Abaqus在SiC_p/AZ91D镁基复合材料三维模型颗粒界面引入内聚力单元，研究了不同颗粒等效粒径和不同颗粒体积分数的SiC_p/AZ91D镁基复合材料在单轴压缩情况下裂纹萌生扩展机制。内聚力单元的引入避免了线弹性力学需要在试件中预制裂纹和裂纹尖端存在奇异性的弊端，提供了一种解决裂纹扩展问题的新手段。结果表明：复合材料的屈服强度和抗压强度均比基体大大提高，而塑性下降；SiC_p/AZ91D镁基复合材料微裂纹首先在颗粒与基体交界处萌生，随后沿着切应力最大方向围绕着SiC颗粒边界或尖角处扩展，形成主裂纹；颗粒等效粒径和体积分数的增加会加速复合材料的裂纹萌生扩展断裂过程。