摘要
颗粒增强金属基复合材料（SiCp/Al），其基体为铝，增强相为SiC，因其具备优越的物理力学性能，如高比刚度、高比强度、耐磨性和低密度等，使其成为航空航天、体育器材、汽车工业和其他领域的潜在有前途的材料。但由于增强颗粒的硬度高，几乎不可塑性变形，以及复杂的材料结构和热力学性能，导致在加工过程中出现切削变形复杂，刀具磨损严重等情况。因此，颗粒增强金属基复合材料的力学性能以及其在切削加工过程中的变形机理的研究受到了广泛的关注。 详细介绍了应变梯度塑性（MSG）理论，包括平衡方程和边界条件、应变梯度塑性本构方程以及应变、应变梯度和位移之间的运动学关系。并应用应变梯度塑性理论来研究Ⅰ型断裂问题，通过有限元方法得出MSG理论可以提高裂纹尖端应力水平，裂纹尖端应力奇异性与材料塑性硬化指数无关。 越来越多的实验表明，颗粒增强金属基复合材料呈现出明显的尺寸效应。经典的可塑性理论忽略固有材料尺度，无法解释这种尺寸效应。基于泰勒位错关系、“几何必须位错”概念以及位错增殖、滑移和凐灭机理，建立了应变梯度相关的本构方程，通过二次开发编译用户子程序Vumat将其导入Abaqus中进行仿真，并与实验相结合，从材料微塑性力学和材料位错理论的角度分析加工过程中应力、温度、切削力、应变梯度效应及其尺寸效应对切削变形的影响。 为深入了解碳化硅颗粒增强金属基复合材料的微观结构及组织演变，采用霍普金森压杆（SHPB）对SiCp/Al复合材料进行压缩，研究其在温度为590-740K、应变速率为16400-8500s-1条件下的高温塑性变形行为，建立了考虑高温和高应变速率影响、考虑加工硬化动态回复和动态再结晶（DRX）现象的流动应力本构方程，并且基于动态再结晶运动学，建立了描述SiCp/Al复合材料微观结构演变的元胞自动机（CA）模型。利用该模型研究宽温度、宽应变率范围条件下的动态再结晶现象。
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