泡沫鋁動態(tài)力學(xué)性能與波傳播特性研究.pdf

1、低阻抗多孔材料作為一種結(jié)構(gòu)材料重新引起了人們的關(guān)注，特別在需要很高的剛度重量比的結(jié)構(gòu)中。這類材料具有很高孔隙率，這使得它們能夠吸收沖擊能，從而減輕結(jié)構(gòu)的撞擊破壞。因此，低阻抗多孔材料通常用于需要吸收沖擊能的結(jié)構(gòu)中，例如包裝、防護(hù)墊及抗爆結(jié)構(gòu)。為了保證在這些應(yīng)用中進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，研究這類材料在沖擊荷載下的動態(tài)力學(xué)行為將尤為必要。 分離式Hopkinson壓桿（SHPB），已廣泛地用于金屬、混凝土、陶瓷材料等大量的工程材料的動態(tài)壓縮特

2、性研究。然而，對于低阻抗多孔材料，常規(guī)的SHPB技術(shù)遇到了挑戰(zhàn)。（一）由于輸入桿阻抗與試樣阻抗相差太大使輸出桿中透射信號微弱，外界干擾信號的幅值可能跟所測得的信號處于同一量級，從而嚴(yán)重影響著實(shí)驗(yàn)的測量精度。（二）對于一般的金屬材料，短試樣兩端能夠在很短的時(shí)間（10μs）內(nèi)達(dá)到平衡。然而低阻抗多孔材料波速低，同時(shí)應(yīng)力波隨著胞孔的壓垮過程而衰減，這樣會引起試件內(nèi)沿其長度在相對較長時(shí)間的應(yīng)力不均勻性，即非平衡的應(yīng)力狀態(tài)，常規(guī)的Hopkinso

3、n壓桿計(jì)算公式已不能使用。 本文在第二章提出了將PVDF薄膜壓電計(jì)和電阻應(yīng)變片相結(jié)合的動態(tài)測試技術(shù)，研究了低波阻抗泡沫鋁在高應(yīng)變率下的動態(tài)力學(xué)行為。采用兩片PVDF壓電計(jì)直接測量試樣前后兩個(gè)端面應(yīng)力時(shí)程，其平均值作為試樣所受的有效應(yīng)力時(shí)程，結(jié)合實(shí)測的試件軸向平均應(yīng)變時(shí)程消去時(shí)間參數(shù)，得到試件應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的線性初始段，由其斜率即可求得給定應(yīng)變率下的試件的動態(tài)楊氏模量。對于我們研究泡沫鋁材料，密度為1.2×10<'3>Kg/cm3，

4、在＝814 時(shí)，其E＝1.15GPa，G＝0.44GPa。為了研究泡沫鋁在有限變形下完整的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，采用波形整形技術(shù)來保證試樣在破壞之前達(dá)到應(yīng)力平衡和均勻變形。同時(shí)，采用埋在透射桿中的PVDF壓電計(jì)來直接測量試樣的應(yīng)力時(shí)程，再結(jié)合反射波計(jì)算得到的應(yīng)變時(shí)程，從而可以得到試樣應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 本文在第三章和第四章分別采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法對泡沫鋁在爆炸荷載下的沖擊波傳播特性進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)研究中，采用沿傳播方向間隔一段距離埋入