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材料在非对称循环应力或循环热应力作用下将产生塑性变形的循环累积现象,即棘轮效应,其对工程结构的安全性和寿命评价非常重要,已引起国内外学者的广泛重视。随着对颗粒增强型金属基复合材料研究的不断深入,人们发现颗粒增强金属基复合材料的力学行为很大程度上受颗粒尺寸、形状、分布、界面特性的影响。但已有的研究大多局限于对复合材料单调拉伸行为的影响,并且单颗粒单胞在复合材料中的尺寸比例太小,因此,非常有必要在已有的实验研究基础上,采用3-D多颗粒单胞模型对复合材料的棘轮行为进行有限元模拟。本文开展了如下研究工作:(1)借助已有循环棘轮本构关系的有限元实现,通过对SiC_p/6061Al合金复合材料的单拉行为、单轴棘轮行为的二维轴对称分析,讨论了界面厚度和结合状态对复合材料整体性能的影响,同时,分析了复合材料中基体和界面的微观变形特征及其演变规律。结果表明:界面厚度越小,其模拟结果越接近于完好界面;界面结合状态越好,即界面弹性模量、屈服强度和硬化模量越高,产生的棘轮变形越小。(2)利用颗粒增强金属基复合材料的3-D多颗粒模型分析方法,讨论了单胞中颗粒排列方式的影响。基于随机序列吸附(RSA:Random SequentialAdsorption)方法生成了多颗粒随机分布的模型,进而讨论了复合材料各种微结构特征(即颗粒形状、数目、大小以及排列方式)对其单拉行为和单轴循环变形行为的影响。通过分析发现颗粒数目越多,体积及其分布越均匀,增强效果越好。(3)借助新发展的、能够合理描述材料时间相关棘轮行为的循环黏塑性本构关系,通过选择一组合理的界面性能参数利用三维有限元模型对复合材料棘轮行为进行室温和高温(573K)的时间相关数值模拟,并通过与实验的比较讨论模型的合理性,具有合理参数值的弱界面模型给出的时间相关棘轮变形预测结果比完好界面模型的结果更接近于实验值。