多孔金屬的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)及其溫度相關(guān)性研究.pdf

1、多孔金屬是一種結(jié)構(gòu)型材料，在對(duì)其力學(xué)性能探討的過(guò)程中，常存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性較大、結(jié)果規(guī)律性不明顯以及概念相互混淆等問(wèn)題。本文利用SHPB設(shè)備及其改進(jìn)的裝置從實(shí)驗(yàn)方面以及數(shù)值手段探討了多孔金屬在不同環(huán)境溫度下應(yīng)變率效應(yīng)及其相關(guān)影響因素，并對(duì)由軸向慣性效應(yīng)引起的應(yīng)力不均勻進(jìn)行詳細(xì)的探討。
　　 通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了泡沫材料的密度分散性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，指出當(dāng)試件的密度分布符合正態(tài)分布時(shí)，近似密度下的實(shí)驗(yàn)曲線具有較好的重合性。采用大尺寸((

2、φ)37mm)的石英晶體片技術(shù)，探討了低阻抗大孔徑的多孔材料在SHPB實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力均勻性。結(jié)果表明，隨著厚度的增加，試件的應(yīng)力不均勻度增大，波動(dòng)效應(yīng)的影響越明顯。
　　 利用ABAQUS有限元軟件，對(duì)兩種典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變率效應(yīng)進(jìn)行探討，總結(jié)出：無(wú)論是TypeⅠ（圓環(huán)）結(jié)構(gòu)還是TypeⅡ(折板)結(jié)構(gòu)，只要存在結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)屈曲，就一定具有應(yīng)變率效應(yīng)。輕質(zhì)泡沫鋁的動(dòng)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其在壓縮的過(guò)程中呈現(xiàn)“應(yīng)力降”的現(xiàn)象，對(duì)于這種大孔徑的泡

3、沫材料，“應(yīng)力降”的現(xiàn)象是胞孔層坍塌失穩(wěn)造成，而坍塌失穩(wěn)必然是率敏感的。
　　 實(shí)驗(yàn)得出了泡沫鋁在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)加載下隨著溫度的變化趨勢(shì)，結(jié)果指出隨著溫度的升高，泡沫鋁具有明顯的軟化效應(yīng)，材料的力學(xué)特性由硬變軟，由脆變韌。隨著溫度的升高，泡沫鋁的應(yīng)變率敏感度也逐漸增大。在低溫段(-50℃～200℃)，基體材料變形特性更接近于固體，應(yīng)變率效應(yīng)隨溫度的變化并不顯著，而在較高的溫度段，基體材料變形特性更接近流體，應(yīng)變率效應(yīng)更明顯。

4、　　 同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種基于SHPB裝置的可視化高溫爐，通過(guò)高速攝影觀測(cè)了泡沫鋁在高溫高應(yīng)變率下的變形特性?？捉Y(jié)構(gòu)在低溫下存在較多的屈曲失穩(wěn)、撕裂等變形方式，而在高溫下的變形方式以孔壁的塑性彎曲為主。
　　 對(duì)Hopkinson桿實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改造，采用兩次撞擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得泡沫鋁在撞擊過(guò)程中沖擊端與支撐端的應(yīng)力-時(shí)間曲線，并利用高速攝影觀察試件在不同撞擊速度下的變形過(guò)程。在低速撞擊下，兩端應(yīng)力大小相近，主要以胞孔隨機(jī)坍塌與剪切坍塌變形

5、為主，對(duì)應(yīng)準(zhǔn)靜態(tài)模式。在高速撞擊下，試件從沖擊端開(kāi)始變形，以壓實(shí)波的速度向支撐端傳播，此時(shí)沖擊端應(yīng)力明顯大于支撐端的應(yīng)力，對(duì)應(yīng)沖擊模式，隨著撞擊速度的增加，試件兩端的應(yīng)力均勻性越差。實(shí)驗(yàn)指出，在沖擊模式下，試件兩端應(yīng)力-時(shí)間曲線與試件的厚度大小無(wú)關(guān)，但是與試件的密度有關(guān)，隨著密度的增加，在同一撞擊速度下，兩端的應(yīng)力越接近。
　　 另對(duì)設(shè)計(jì)的單次撞擊Hopkinson實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行初步探討，成功檢測(cè)出高溫高速(≤26m/s)下試件沖