使役條件下SiCp/Al復合材料的建模擬實*

（上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室，上海 200240）

碳化硅顆粒增強鋁基（SiCp/Al）復合材料具有高比剛度、比強度，良好的耐磨性、韌塑性和熱膨脹性，在航空航天、汽車制造和電子信息等技術領域占有重要地位[1-3]。在航天領域中，輕質高強、尺寸穩定的SiCp/Al復合材料已成功用于月球車的棘爪[4]；交通運輸領域中，耐磨性好的SiCp/Al復合材料可制備氣缸活塞、齒輪箱等汽車零部件[5]；在電子信息領域中，具有良好導熱導電性能的SiCp/Al復合材料可制備精密儀器[6]；此外，SiCp/Al復合材料還可用于生產高爾夫球桿、跳高撐桿、滑板、劃槳等體育用品，具有很大的市場應用潛力。

為了進一步發揮SiCp/Al復合材料的性能優勢和應用價值，仍然需要對復合材料強韌化機理進行深入研究，揭示使役條件下SiCp/Al復合材料微觀組織結構與宏觀性能間的響應機制。研究SiCp/Al復合材料的構效關系，通常采用試驗測試和建模擬實方法[7-8]，試驗方法研究復合材料的斷裂損傷機理直觀明了，但研究的樣本數量少，很難系統地對復合材料的強韌化機理和構效關系進行研究。而且，整個試驗過程，從材料制備到微觀結構表征，再到力學性能測試，研究周期長，試驗花費大，對試驗設備和操作的要求高，不能滿足工程領域及科學研究的需求。建模擬實是根據研究對象建立結構模型，利用力學基本理論和基本公式推導出的數值解法來求解相關力學問題的方法。常用于求解復雜結構的建模擬實方法有離散元法、有限元法和邊界元法等，其中有限元方法高效、適用范圍廣，特別適合求解包括邊界非線性、幾何非線性和材料非線性的大型非線性問題。……