沖擊載荷下梯度多孔金屬力學(xué)行為研究.pdf

1、相對(duì)連續(xù)介質(zhì)材料而言,多孔材料一般具有相對(duì)密度低、比強(qiáng)度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，多功能梯度設(shè)計(jì)可以利用材料的某一方面或者是幾方面的設(shè)計(jì)特點(diǎn)來(lái)達(dá)到均勻材料所不具備的性能。而多孔金屬材料作為一種集物理功能與結(jié)構(gòu)一體化的新型工程材料，其優(yōu)越的特性和高孔隙的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，使其可設(shè)計(jì)成為密度按照一定規(guī)律分布的多功能梯度結(jié)構(gòu)，滿足服役于各種極端環(huán)境時(shí)多功能集成的重大戰(zhàn)略需求。因此，梯度多孔材料引起了學(xué)術(shù)界和工程界的莫

2、大興趣。
　　近來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)多孔材料引入梯度后會(huì)有著比均勻材料更加優(yōu)越的吸能特性，但不同研究得到的結(jié)論存在一些爭(zhēng)議。這說(shuō)明梯度泡沫的吸能特性并不是一成不變的優(yōu)越于均勻泡沫，因此，并不能籠統(tǒng)地認(rèn)為梯度材料的力學(xué)特性一定優(yōu)于均勻材料，要視實(shí)際情況而定，比如壓縮程度，梯度分布，載荷情況等等，這也正是多功能梯度設(shè)計(jì)的目的之一。目前對(duì)密度梯度多孔金屬的抗沖擊特性研究還并不系統(tǒng)，強(qiáng)動(dòng)載荷下層梯度多孔材料的能量分布與能量耗散機(jī)理并不是十分清楚；

3、應(yīng)力波在梯度多孔金屬中的傳播規(guī)律等問(wèn)題還有待進(jìn)一步完善。因此，本文開(kāi)展了以下工作。首先，工作討論了層梯度圓弧蜂窩和Voronoi隨機(jī)蜂窩在恒定速度載荷下的變形機(jī)理、應(yīng)力響應(yīng)和吸能特性?？紤]密度梯度以后，除了慣性效應(yīng)，不同層的準(zhǔn)靜態(tài)屈服強(qiáng)度也是影響變形模態(tài)的一個(gè)重要因素，尤其是在中低速撞擊載荷下的變形；當(dāng)沖擊載荷足夠高時(shí)，慣性效應(yīng)掩蓋了屈服強(qiáng)度的影響成為主導(dǎo)梯度蜂窩變形的唯一因素。沖擊端壓縮應(yīng)力受沖擊速度和密度梯度的影響，而材料的準(zhǔn)靜態(tài)屈

4、服應(yīng)力以及梯度蜂窩的變形模態(tài)成為影響固定端應(yīng)力水平的決定性因素。其次，研究發(fā)現(xiàn)基底材料應(yīng)變強(qiáng)化會(huì)影響閉孔泡沫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，為了完善該方面的研究，本文采用了三維Voronoi模型對(duì)基底材料應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)存在應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)收斂現(xiàn)象。再次，先前研究中用來(lái)預(yù)測(cè)梯度泡沫塑性響應(yīng)的不同分析模型，主要是從 R-P-P-L模型拓展而來(lái)，即忽略了泡沫壓縮過(guò)程中的應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)，而只考慮平臺(tái)應(yīng)力和自鎖應(yīng)變（即密實(shí)應(yīng)變）兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，這與