بررسی رفتار میکرومکانیکی خرابی کامپوزیت ذره‌ای آلومینیوم-کاربید تیتانیوم با استفاده از تئوری پری‌داینامیک

Abstract

هدف از این پژوهش مدل‌سازی میکرومکانیکی و آنالیز رفتار تغییرشکل و خرابی کامپوزیت ذره‌ای زمینه آلومینیومی تقویت‌شده با ذرات کاربید تیتانیوم با استفاده از تئوری پری‌داینامیک و آزمون تجربی می‌باشد. کامپوزیت ذره‌ای، با مخلوط ذرات آلومینیوم و کاربید-تیتانیوم و با اکسترود گرم تهیه گردید. نمونه‌ها تحت آزمون کشش شبه استاتیکی قرار گرفته و از نتایج آزمون تجربی جهت راستی‌آزمایی مدل‌سازی استفاده شد. با استفاده از تصاویر گرفته شده از سطح نمونه، چهار حجمک‌نماینده انتخاب و با بکارگیریی پردازش‌تصویر، مرز ذرات بدست آورده شد. برای مدل‌سازی، با توجه به محدودیت‌های تئوری پری‌داینامیک بر پایه‌ی اتصال، از پری‌داینامیک بر پایه‌ی حالت استفاده گردید. برای تحلیل نتایج مدل‌سازی، از نمودار تنش-کرنش، توزیع تنش و کرنش پلاستیک معادل، توزیع پارامتر خرابی، جمع کرنش پلاستیک همه‌ی برهم‌کنش‌ها و تعداد برهم‌کنش‌های شکسته شده استفاده گردید. با آنالیز نتایج، مقدار تنش در سه منطقه، شامل ماتریس محصور شده بین ذرات نزدیک به هم، مرز ماتریس-ذرات و ذرات با عرض کم بیشتر از بقیه مناطق مشاهده گردید. شروع خرابی نیز در این مناطق بوقوع پیوست، ولی توسعه‌ی خرابی بیشتر در ماتریس و مرز ماتریس-ذرات مشاهده شد. در حین بارگذاری، هم‌زمان چندین خرابی ایجاد شد و در نهایت، ترک اصلی باعث شکست نهایی حجمک نماینده گردید. با مقایسه نتایج مدل‌سازی، تجربی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داده شد که مدل توسعه‌یافته پری‌داینامیک بخوبی رفتار خرابی پیشرونده‌ی در کامپوزیت ذره‌ای را پیش‌بینی ‌کرده است.