一种双金属复合材料强度的预测方法与流程

本发明涉及复合材料力学性能测试技术领域，且特别涉及一种双金属复合材料强度的预测方法。

背景技术：

双金属复合材料是利用复合技术使两种不同性能的金属在界面处实现牢固的冶金或化学结合，从而获得一种具有组合性能的新型材料。跟单一的金属材料相比，双金属复合材料结合了两种不同金属自身的优势，能够有效地协调复合材料的力学性能，目前已广泛的应用在航空、石油、化工、造船、汽车、电子、原子能等工业领域。在双金属复合材料中，深入研究复合材料和两组元之间的强度关系有助于很好地预测复合材料的力学行为。

目前，大量文献通过利用混合法则来预测双金属复合材料的强度，然而这些文献中两组元的强度都是通过采用跟复合材料相同工艺制备的试样测试得到的，而不是直接从复合材料中切取的试样测试得到的，这种力学性能测试方式不能准确地反映出复合材料中两组元的真实强度，导致双金属复合材料强度的预测值与试验值之间存在较大的偏差。因此，提出准确的、高效的双金属复合材料强度的预测方法成为当下复合材料领域的迫切需求。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的包括提供一种双金属复合材料强度的预测方法。该方法可实现对双金属复合材料强度的准确预测，具有准确性高、适用性广的特点，同时降低了试验量，极大地节约了成本。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种双金属复合材料强度的预测方法，包括：

利用混合法则公式：σc＝σ1*v1+σ2*v2计算出双金属复合材料的强度，双金属复合材料包括第一组元和第二组元；其中，σc为复合材料的强度，σ1和v1分别为第一组元的强度和体积分数，σ2和v2为第二组元的强度和体积分数；

第一组元的强度σ1的测试方法包括：从双金属复合材料中切取第一组元试样，对第一组元试样进行力学性能测试；第二组元的强度σ2的测试方法包括：从双金属复合材料中切取第二组元试样，对第二组元试样进行力学性能测试。

在本发明的部分实施例中，第一组元的体积v1的测试方法包括：对双金属复合材料进行扫描测试。

在本发明的部分实施例中，第二组元的体积v2的测试方法包括：对双金属复合材料进行扫描测试。

在本发明的部分实施例中，第一组元和第二组元试样均为圆柱体或矩形体。

在本发明的部分实施例中，双金属复合材料为棒材或板材。

本发明提供的预测方法中用于混合法则计算的两组元的强度是通过测试复合材料中两组元试样得到的，这种力学性能测试方式能准确地反映出复合材料中两组元的真实强度，结果表明本发明预测的复合材料强度值非常接近于试验值。与现有双金属复合材料强度预测方法相比，本发明具有准确性高、适用性广的特点，同时降低了试验量，极大地节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中双金属复合材料中两组元的切样示意图；

图2为本发明实施例1双金属复合材料中两组元的应力-应变曲线；

图3为本发明实施例1双金属复合材料强度的试验值与预测值的对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明提供一种双金属复合材料强度的预测方法，包括如下步骤：

(1)利用线切割直接从mg/al复合棒材(直径为20mm，其中铝芯直径为6mm)中切取直径6mm的镁组元棒材试样和直径5mm的铝组元棒材试样用于力学性能测试，切样示意图如图1所示；

(2)将步骤(1)中切取的镁组元和铝组元试样分别进行力学性能测试，得到镁组元和铝组元的应力-应变曲线和强度σ1、σ2，两组元的应力-应变曲线请参照图2；

(3)将步骤(1)中的mg/al复合试样进行sem测试分析，得到镁组元和铝组元在mg/al复合试样中所占的体积分数v1和v2；

(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的镁组元和铝组元的强度和体积分数代入混合法则公式σc＝σ1*v1+σ2*v2，其中σc为mg/al复合材料的强度，σ1和v1分别为镁组元的强度和体积分数，σ2和v2为铝组元的强度和体积分数，最终计算出mg/al双金属复合棒材的强度。

实施例2

本发明提供一种双金属复合材料强度的预测方法，包括如下步骤：

(1)利用线切割直接从al/cu复合棒材(直径为18mm，其中铜芯直径为6mm)中切取直径为5mm的铝组元和直径为5mm的铜组元试样用于力学性能测试；

(2)将步骤(1)中切取的铝组元和铜组元试样分别进行力学性能测试，得到铝组元和铜组元的应力-应变曲线和强度σ1、σ2；

(3)将步骤(1)中的al/cu复合试样进行sem测试分析，得到铝组元和铜组元在al/cu复合试样中所占的体积分数v1和v2；

(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的铝组元和铜组元的强度和体积分数代入混合法则公式σc＝σ1*v1+σ2*v2，其中σc为al/cu复合材料的强度，σ1和v1分别为铝组元的强度和体积分数，σ2和v2为铜组元的强度和体积分数，最终计算出al/cu双金属复合棒材的强度。

实施例3

本发明提供一种双金属复合材料强度的预测方法，包括如下步骤：

(1)利用线切割直接从al/steel复合板材(宽度和厚度分别为30mm和15mm，其中铝层宽度和厚度分别为30mm和8mm)中切取宽度为10mm、厚度为5mm的铝组元和宽度为10mm、厚度为5mm的钢组元试样用于力学性能测试；

(2)将步骤(1)中切取的铝组元和钢组元试样分别进行力学性能测试，得到铝组元和钢组元的应力-应变曲线和强度σ1、σ2；

(3)将步骤(1)中的al/steel复合试样进行sem测试分析，得到铝组元和钢组元在al/steel复合试样中所占的体积分数v1和v2；

(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的铝组元和钢组元的强度和体积分数代入混合法则公式σc＝σ1*v1+σ2*v2，其中σc为al/steel复合材料的强度，σ1和v1分别为铝组元的强度和体积分数，σ2和v2为钢组元的强度和体积分数)，最终计算出al/steel双金属复合板材的强度。

实施例4

本发明提供一种双金属复合材料强度的预测方法，包括如下步骤：

(1)利用线切割直接从cu/steel复合板材(宽度和厚度分别为30mm和15mm，其中铜层宽度和厚度分别为30mm和8mm)中切取宽度为15mm、厚度为4mm的铜组元和宽度为15mm、厚度为4mm的钢组元试样用于力学性能测试；

(2)将步骤(1)中切取的铜组元和钢组元试样分别进行力学性能测试，得到铜组元和钢组元的应力-应变曲线和强度σ1、σ2；

(3)将步骤(1)中的cu/steel复合试样进行sem测试分析，得到铜组元和钢组元在cu/steel复合试样中所占的体积分数v1和v2；

(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的铜组元和钢组元的强度和体积分数代入混合法则公式σc＝σ1*v1+σ2*v2，其中σc为cu/steel复合材料的强度，σ1和v1分别为铜组元的强度和体积分数，σ2和v2为钢组元的强度和体积分数)，最终计算出cu/steel双金属复合板材的强度。

对比例1

本对比例提供了实施例1的双金属复合材料，对该双金属复合材料进行力学性能测试得到真实强度。

对比例2

本对比例提供了实施例2的双金属复合材料，对该双金属复合材料进行力学性能测试得到真实强度。

对比例3

本对比例提供了实施例3的双金属复合材料，对该双金属复合材料进行力学性能测试得到真实强度。

对比例4

本对比例提供了实施例4的双金属复合材料，对该双金属复合材料进行力学性能测试得到真实强度。

将实施例1预测的双金属复合材料强度与对比例1提供的实施例1的双金属复合材料的真实强度作对比，请参照图3。图3为实施例1的双金属复合材料强度的试验值与预测值的对比图，由图可知，实施例1预测的强度与真实强度很接近，说明实施例1提供的预测方法较为准确。将实施例2预测的双金属复合材料强度与对比例2提供的实施例2的双金属复合材料的真实强度作对比，得到实施例2预测的强度也非常接近于真实强度。同理，将实施例3预测的强度和对比例3提供的真实强度进行对比，将实施例4预测的强度和对比例4提供的真实强度进行对比，结果均为实施例预测的强度非常接近于复合材料的真实强度。说明本发明实施例提供的预测方法更加科学合理，可以准确、高效的预测出复合材料的强度。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。