多孔金屬的動態(tài)力學響應及其溫度相關性研究.pdf

1、多孔金屬是一種結構型材料，在對其力學性能探討的過程中，常存在實驗數(shù)據(jù)離散性較大、結果規(guī)律性不明顯以及概念相互混淆等問題。本文利用SHPB設備及其改進的裝置從實驗方面以及數(shù)值手段探討了多孔金屬在不同環(huán)境溫度下應變率效應及其相關影響因素，并對由軸向慣性效應引起的應力不均勻進行詳細的探討。
　　 通過實驗分析了泡沫材料的密度分散性對實驗結果的影響，指出當試件的密度分布符合正態(tài)分布時，近似密度下的實驗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，探討了低阻抗大孔徑的多孔材料在SHPB實驗中的應力均勻性。結果表明，隨著厚度的增加，試件的應力不均勻度增大，波動效應的影響越明顯。
　　 利用ABAQUS有限元軟件，對兩種典型結構的應變率效應進行探討，總結出：無論是TypeⅠ（圓環(huán)）結構還是TypeⅡ(折板)結構，只要存在結構的失穩(wěn)屈曲，就一定具有應變率效應。輕質(zhì)泡沫鋁的動靜態(tài)實驗結果表明，其在壓縮的過程中呈現(xiàn)“應力降”的現(xiàn)象，對于這種大孔徑的泡

3、沫材料，“應力降”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。
　　 實驗得出了泡沫鋁在動態(tài)和靜態(tài)加載下隨著溫度的變化趨勢，結果指出隨著溫度的升高，泡沫鋁具有明顯的軟化效應，材料的力學特性由硬變軟，由脆變韌。隨著溫度的升高，泡沫鋁的應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，應變率效應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，應變率效應更明顯。

4、　　 同時，設計了一種基于SHPB裝置的可視化高溫爐，通過高速攝影觀測了泡沫鋁在高溫高應變率下的變形特性?？捉Y構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Hopkinson桿實驗裝置進行改造，采用兩次撞擊實驗測得泡沫鋁在撞擊過程中沖擊端與支撐端的應力-時間曲線，并利用高速攝影觀察試件在不同撞擊速度下的變形過程。在低速撞擊下，兩端應力大小相近，主要以胞孔隨機坍塌與剪切坍塌變形

5、為主，對應準靜態(tài)模式。在高速撞擊下，試件從沖擊端開始變形，以壓實波的速度向支撐端傳播，此時沖擊端應力明顯大于支撐端的應力，對應沖擊模式，隨著撞擊速度的增加，試件兩端的應力均勻性越差。實驗指出，在沖擊模式下，試件兩端應力-時間曲線與試件的厚度大小無關，但是與試件的密度有關，隨著密度的增加，在同一撞擊速度下，兩端的應力越接近。
　　 另對設計的單次撞擊Hopkinson實驗方案進行初步探討，成功檢測出高溫高速(≤26m/s)下試件沖