高性能泡沫鋁減振機(jī)理及力學(xué)性能試驗(yàn)研究.pdf

1、泡沫鋁(Aluminum Foam，AF)作為一種新興材料，由于具有優(yōu)良的性能，近年來逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。為了將泡沫鋁廣泛地應(yīng)用在減振領(lǐng)域，為土木工程結(jié)構(gòu)減振控制提供新的手段，本文從功能結(jié)構(gòu)一體化材料的概念出發(fā)，以泡沫鋁為基體，向其內(nèi)部孔洞填充聚氨酯粘彈性材料(Polyurethane，PU)，得到了一種高性能泡沫鋁材料——泡沫鋁/聚氨酯復(fù)合材料(AF/PU)。圍繞高性能泡沫鋁材料的減振機(jī)理與力學(xué)性能，本文進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究及數(shù)值

2、模擬，得到的相關(guān)結(jié)論如下:
　　(1)對(duì)AF/PU復(fù)合材料進(jìn)行了單調(diào)壓縮及往復(fù)加載試驗(yàn)，考察了泡沫鋁的相對(duì)密度及聚氨酯的含量等因素對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，分析得到了復(fù)合材料的變形機(jī)制。試驗(yàn)表明:單調(diào)加載時(shí)，AF/PU復(fù)合材料的壓縮曲線也會(huì)經(jīng)歷彈性段、塑性平臺(tái)段及密實(shí)段三個(gè)階段，但由于聚氨酯的引入，使得復(fù)合材料的變形機(jī)制不同于純泡沫鋁。聚氨酯的不可壓縮性，使得泡沫鋁的胞棱在加載時(shí)發(fā)生斷裂破壞;胞棱斷裂隨應(yīng)變的增加不斷傳遞直至所有胞

3、棱斷裂、試件破壞。也正是由于聚氨酯的不可壓縮性，使得復(fù)合材料卸載時(shí)的殘余變形減小，彈性恢復(fù)性能改善。
　　(2)對(duì)經(jīng)壓縮預(yù)循環(huán)的AF/PU復(fù)合材料進(jìn)行了耗能性能試驗(yàn)，考察了泡沫鋁的相對(duì)密度、聚氨酯的含量、加載頻率及加載幅值等因素對(duì)復(fù)合材料耗能性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果分析表明:泡沫鋁基體及聚氨酯填料的本征阻尼，以及兩相材料界面的摩擦阻尼，構(gòu)成了復(fù)合材料的主要耗能機(jī)制。
　　(3)對(duì)AF/PU復(fù)合材料單調(diào)加載曲線及循環(huán)加載曲線的分析

4、表明:在應(yīng)變率為0.002s-1～0.05s-1時(shí)，加載速率對(duì)復(fù)合材料單調(diào)壓縮性能的影響不大，使用Avalle宏觀唯象本構(gòu)模型可以較好地預(yù)測(cè)復(fù)合材料的力學(xué)性能。利用宏觀折線加卸載應(yīng)力-應(yīng)變模型擬合經(jīng)壓縮預(yù)循環(huán)后的復(fù)合材料的滯回曲線，可以較好地反映復(fù)合材料受力變形的整個(gè)過程，力學(xué)概念明確，且使用方便。
　　(4)利用Abaqus提供的Vumat用戶材料子程序接口，將AF/PU復(fù)合材料的宏觀折線力學(xué)本構(gòu)模型加入到有限元軟件中，對(duì)所編寫