功能梯度多層金屬板的沖擊行為研究.pdf

1、針對(duì)航空航天飛行器、高速列車和汽車發(fā)生撞擊時(shí)，耐撞結(jié)構(gòu)的抗墜撞或碰撞設(shè)計(jì)問題以及防彈衣的抗沖擊性能等問題（例如，功能梯度多層金屬材料應(yīng)用于汽車防撞結(jié)構(gòu)中遇到的沖擊問題等），本文研究了由表面機(jī)械研磨處理方法得到的功能梯度多層金屬板在動(dòng)態(tài)雙剪切和反向穿甲條件下的力學(xué)響應(yīng)，旨在研究梯度材料在動(dòng)態(tài)加載條件下的力學(xué)特性和抗穿甲能力。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　（1）功能梯度多層金屬板的雙剪切試驗(yàn)技術(shù)研究。首先，為了實(shí)現(xiàn)功能梯度

2、多層金屬板的動(dòng)態(tài)雙剪切力學(xué)性能的測試，系統(tǒng)地分析了大直徑Hopkinson桿在實(shí)驗(yàn)測試中的誤差問題及其解決途徑，設(shè)計(jì)了可進(jìn)行雙剪切試驗(yàn)的試樣和夾具。其次，采用表面機(jī)械研磨方法制備了功能梯度多層板的剪切試樣，利用萬能試驗(yàn)機(jī)和Hopkinson壓桿進(jìn)行了在準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載下的雙剪切試驗(yàn)，分析了平面剪切等效應(yīng)變和等效應(yīng)力的計(jì)算公式；最后，對(duì)雙剪切動(dòng)態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　?。?）雙剪切試驗(yàn)的數(shù)值模擬。為了更加詳細(xì)地描述雙

3、剪切試驗(yàn)過程和得到更為準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用ABAQUS有限元軟件，系統(tǒng)地研究了剪切區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變和應(yīng)力狀態(tài)，分析了剪切區(qū)域長度對(duì)模擬結(jié)果的影響，得到了夾具裝置對(duì)剪切區(qū)域的變形均勻性的影響規(guī)律。分析了大變形剪切時(shí)，有限元軟件中對(duì)名義應(yīng)變的定義。研究結(jié)果表明，在數(shù)值模擬中，可由累積歐拉應(yīng)變法計(jì)算等效應(yīng)變和由柯西應(yīng)力法計(jì)算等效應(yīng)力。
　?。?）多層金屬功能梯度材料中各層材料本構(gòu)參數(shù)的研究。通過梯度不銹鋼板的壓痕試驗(yàn)，得到了試樣沿厚度方向上

4、的梯度分布規(guī)律。采用加權(quán)平均的方法，得到了每一個(gè)梯度層的彈塑性本構(gòu)關(guān)系表達(dá)式。采用數(shù)值模擬的方法，構(gòu)建了彈塑性延性破壞數(shù)值模型，得到了每一個(gè)梯度層的破壞應(yīng)變。
　?。?）功能梯度多層金屬板抗穿甲特性的研究。制備了具有功能梯度的試樣，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)夾具，分別采用MTS810靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)和改進(jìn)的Hopkinson壓桿實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)制備的試樣進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)和沖擊載荷下的穿甲試驗(yàn)，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了穿甲的數(shù)值模擬。得到了兩種加載條件下的穿甲位移和