沖擊載荷作用下泡沫金屬動態(tài)響應(yīng)理論及數(shù)值模擬分析.pdf

1、泡沫金屬是一種由金屬骨架、較大孔徑及高孔隙率組成的新型結(jié)構(gòu)功能材料，因具有輕質(zhì)、吸能、減振、隔音、隔熱和電磁屏蔽等優(yōu)越的性能，使得其在汽車工業(yè)、航天航空、鐵路運輸和建筑工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在其中的一些應(yīng)用領(lǐng)域中，泡沫金屬經(jīng)常會受到?jīng)_擊載荷的作用，如填充泡沫鋁的汽車保險杠、采用泡沫金屬材料進行吸能防護的航天器以及包裝工程等。因此，研究其沖擊力學(xué)性能，為其材料制備設(shè)計和工程應(yīng)用提供參考，具有重要的科學(xué)研究意義和工程應(yīng)用價值。本文以開

2、孔泡沫鋁為研究對象，通過開展泡沫鋁的準靜態(tài)和動態(tài)壓縮力學(xué)實驗，得到了泡沫金屬理想的R-P-P-L模型，結(jié)合一維應(yīng)力沖擊波理論，分別建立泡沫金屬撞擊自由塊和剛性墻的理論模型和有限元數(shù)值計算模型，分析了泡沫金屬在沖擊載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)和變形機理。具體如下：
　　1、利用Servo-Hydraulic材料萬能實驗機和分離式霍普金森壓桿裝置分別對開孔泡沫鋁進行了準靜態(tài)和動態(tài)壓縮實驗，結(jié)果表明開孔泡沫鋁的準靜態(tài)和動態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線都具有

3、三個階段，即彈性階段、屈服階段和致密化階段。其屈服應(yīng)力和平臺應(yīng)力隨著應(yīng)變率的增大而增大，而致密化應(yīng)變隨著應(yīng)變率的增大而減小，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率敏感性。
　　2、根據(jù)實驗得到的泡沫鋁的應(yīng)力應(yīng)變曲線，建立了泡沫金屬材料本構(gòu)的理想R-P-P-L模型，結(jié)合一維應(yīng)力波理論，建立了泡沫金屬撞擊自由塊的理論模型，同時開展了有限元數(shù)值模擬計算，驗證了理論模型的正確性。結(jié)果表明，泡沫金屬與自由塊接觸面的初始應(yīng)力大小與它們的質(zhì)量無關(guān)，與撞擊速度呈二次