泡沫金属冲击动力学性能研究

摘要

泡沫金属由于其独特的结构而具有优良的综合力学性能，如具有超轻型、高强度比、吸声、隔声、隔热、散热、阻燃、减振、吸收冲击能、电磁屏蔽等性能，在航空航天、汽车工业、建筑等领域有广泛的应用前景。因此对泡沫金属力学性能的研究，特别是当其作为冲击防护材料时其冲击动力学性能的研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。 本研究总结了近年来国内外研究人员在泡沫金属材料静态力学性能上的研究成果，包括泡沫金属的静态力学性能、影响因素及静态本构关系。较为系统地总结了近年来国内外研究人员在泡沫金属动态力学性能上的一些研究成果。分析了影响泡沫金属动态力学性能的因素，包括应变率和时效处理等外部因素以及基体性能和相对密度等内部因素。运用LS-DYNAY有限元软件，采用幂函数塑性模型，对圆孔和方孔两种胞元模型在冲击载荷作用下的变形过程进行了数值模拟，分析了泡孔结构、相对密度及撞击速度对泡沫金属冲击动力学性能的影响。 本研究表明：①泡孔结构对泡沫金属的变形机理有重要影响。当应变较小时孔，圆孔的变形方式以塑性屈曲为主，方孔以弹性弯曲为主；应变达到一定程度时，圆孔发生了坍塌，方孔出现了失稳。②两种泡孔结构的泡沫金属在变形过程中都呈现明显的不均匀特征，接触面处的平均应力及宏观平均应变均高于试件的总体水平。③忽略冲击过程中波的传播，转化为泡沫金属动能的那部分能量在吸能过程中起主要作用。④在冲击变形过程中，除泡孔结构影响泡沫金属稳定性外，相对密度也影响泡沫金属稳定性，相对密度较低（<0．3）时失稳现象更容易发生。⑤泡沫铝是应变率敏感的，其屈服强度随着撞击速度的提高而增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 泡沫金属简介

1.1.1 泡沫金属的定义

1.1.2 泡沫金属的结构特征

1.1.3 泡沫金属的各种模型

1.1.4 影响泡沫金属性能的主要参数

1.2 国内外研究历史及现状

1.2.1 泡沫金属的研究历史

1.2.2 泡沫金属的研究现状

1.2.3 压缩力学性能和应变率效应

1.3 本文的主要工作

第二章 泡沫金属的静态力学性能和本构关系

2.1 泡沫金属的静态力学性能的影响因素

2.1.1 基体材料的影响

2.1.2 相对密度的影响

2.1.3 泡沫金属孔结构的影响

2.2 泡沫金属的静态力学性能及本构关系

2.2.1 泡沫金属的静态力学性能

2.2.2 泡沫金属的静态本构关系

第三章 泡沫金属动力学性能研究

3.1 泡沫金属吸能性能的测定

3.2 影响泡沫金属吸能效果的外部因素

3.2.1 应变率效应

3.2.2 时效处理效应

3.3 影响泡沫金属吸能效果的内部因素

3.3.1 基体材料性能

3.3.2 相对密度和泡孔尺寸

3.3.3 孔的类型

第四章 泡沫金属数值模拟现状及ANSYS/LS-DYNA简介

4.1 泡沫金属的数值模拟现状

4.2 ANSYS/LS-DYNA简介

4.3 ANSYS/LS-DYNA分析步骤

第五章 泡沫金属冲击动力学性能研究

5.1 泡沫金属胞元的几何模型

5.2 圆孔胞元的有限元分析

5.2.1 圆孔胞元模型简介

5.2.2 材料属性

5.2.3 网格划分

5.2.4 加载条件

5.2.5 有限元结果分析

5.3 方孔胞元模型的有限元分析

总结

参考文献

致谢

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