多層非對稱三明治夾芯梁的動態(tài)塑性本構(gòu)及沖擊動力響應(yīng).pdf

1、由于具有質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高的特性，泡沫夾芯結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于航空航天、軍事、船舶、汽車、高速列車、風(fēng)力發(fā)電、包裝、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。新型高性能夾芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一直是材料工程領(lǐng)域研究的前沿課題。傳統(tǒng)的三明治結(jié)構(gòu)通常是由兩個(gè)薄層面板和具有一定厚度的中間芯材構(gòu)成。近年來隨著新型材料和結(jié)構(gòu)的不斷提出，通過改變芯材的材料和結(jié)構(gòu)，提出了多種新型三明治結(jié)構(gòu)并在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出優(yōu)異的性能。因此考慮芯材的變形特征和應(yīng)用需求，建立新型三明治結(jié)構(gòu)動態(tài)塑性本構(gòu)模型，

2、這對于新型三明治結(jié)構(gòu)的動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有至關(guān)重要的意義。本文基于高速沖擊下泡沫金屬的變形特性，建立了時(shí)變金屬泡沫三明治梁的動態(tài)塑性屈服理論，并提出了具有強(qiáng)度梯度的多層三明治梁的理論分析模型，建立了相應(yīng)的動態(tài)屈服理論。全文的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)建立了質(zhì)量塊撞擊下考慮三明治梁前后面板耦合關(guān)系的三明治梁動力學(xué)模型。不同于以往的“壓力空腔”分析模型，模型中把三明治梁的芯材簡化為連接前、后面板的剛塑性彈簧，同時(shí)將芯材的質(zhì)量和

3、彎距等效到前后面板以考慮芯材的彎曲變形。在變形過程中考慮芯材的彎矩作用，得到了關(guān)于時(shí)間變化的速度和撓度曲線，并將該模型應(yīng)用于三明治梁的小變形分析。結(jié)果表明，模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)及有限元模擬結(jié)果吻合，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測梁中點(diǎn)的最終撓度。
　　(2)考慮高速沖擊下，三明治泡沫芯材漸進(jìn)變形的特性，建立了三明治梁考慮時(shí)間不均勻性的時(shí)變動態(tài)屈服準(zhǔn)則。與準(zhǔn)靜態(tài)的均勻變形是不同的，高速沖擊下芯材的局部化變形導(dǎo)致三明治梁的橫截面由對稱形態(tài)變?yōu)榉菍ΨQ形

4、態(tài)。將該模型應(yīng)用于爆炸載荷作用下的三明治梁，結(jié)合膜力因子法，建立了爆炸載荷作用下三明治梁大變形的動力學(xué)模型。分析了三明治結(jié)構(gòu)中點(diǎn)的速度和撓度。和有限元計(jì)算模擬結(jié)果比較表明，考慮時(shí)間不均勻性的動態(tài)屈服準(zhǔn)則可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測高速沖擊下三明治梁的動態(tài)響應(yīng)特性。上述分析模型為研究三明治結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考，對不同工況下三明治結(jié)構(gòu)的動力學(xué)性能設(shè)計(jì)具有重要的理論指導(dǎo)意義。
　　(3)建立了具有芯層強(qiáng)度梯度的四層三明治梁的動態(tài)屈服理論。討

5、論了前后面板材料和厚度相同，芯層材料和厚度不同的夾芯結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)，分析了芯材厚度和強(qiáng)度對多層梁承載和能量吸收能力的影響。計(jì)算結(jié)果表明，在大變形時(shí)，結(jié)構(gòu)承載和能量吸收能力隨著芯材強(qiáng)度比值的增加而增加。而面板和芯材厚度的比值對結(jié)構(gòu)承載和能量吸收能力也有類似的影響。尤其是在撓度超過梁的截面深度時(shí)，前面芯材強(qiáng)度的影響更加明顯。
　　(4)研究了梯度芯層三明治梁的凹坑效應(yīng)?；诘湫腿髦谓Y(jié)構(gòu)的分析模型，建立了兩層泡沫芯材三明治梁在受到橫向