功能梯度多層金屬板的沖擊行為研究.pdf

1、針對航空航天飛行器、高速列車和汽車發(fā)生撞擊時，耐撞結(jié)構(gòu)的抗墜撞或碰撞設(shè)計問題以及防彈衣的抗沖擊性能等問題（例如，功能梯度多層金屬材料應(yīng)用于汽車防撞結(jié)構(gòu)中遇到的沖擊問題等），本文研究了由表面機械研磨處理方法得到的功能梯度多層金屬板在動態(tài)雙剪切和反向穿甲條件下的力學(xué)響應(yīng)，旨在研究梯度材料在動態(tài)加載條件下的力學(xué)特性和抗穿甲能力。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　（1）功能梯度多層金屬板的雙剪切試驗技術(shù)研究。首先，為了實現(xiàn)功能梯度

2、多層金屬板的動態(tài)雙剪切力學(xué)性能的測試，系統(tǒng)地分析了大直徑Hopkinson桿在實驗測試中的誤差問題及其解決途徑，設(shè)計了可進行雙剪切試驗的試樣和夾具。其次，采用表面機械研磨方法制備了功能梯度多層板的剪切試樣，利用萬能試驗機和Hopkinson壓桿進行了在準靜態(tài)和動態(tài)加載下的雙剪切試驗，分析了平面剪切等效應(yīng)變和等效應(yīng)力的計算公式；最后，對雙剪切動態(tài)和準靜態(tài)的試驗結(jié)果進行了對比分析。
　　（2）雙剪切試驗的數(shù)值模擬。為了更加詳細地描述雙

3、剪切試驗過程和得到更為準確的試驗數(shù)據(jù)，采用ABAQUS有限元軟件，系統(tǒng)地研究了剪切區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變和應(yīng)力狀態(tài)，分析了剪切區(qū)域長度對模擬結(jié)果的影響，得到了夾具裝置對剪切區(qū)域的變形均勻性的影響規(guī)律。分析了大變形剪切時，有限元軟件中對名義應(yīng)變的定義。研究結(jié)果表明，在數(shù)值模擬中，可由累積歐拉應(yīng)變法計算等效應(yīng)變和由柯西應(yīng)力法計算等效應(yīng)力。
　?。?）多層金屬功能梯度材料中各層材料本構(gòu)參數(shù)的研究。通過梯度不銹鋼板的壓痕試驗，得到了試樣沿厚度方向上

4、的梯度分布規(guī)律。采用加權(quán)平均的方法，得到了每一個梯度層的彈塑性本構(gòu)關(guān)系表達式。采用數(shù)值模擬的方法，構(gòu)建了彈塑性延性破壞數(shù)值模型，得到了每一個梯度層的破壞應(yīng)變。
　　（4）功能梯度多層金屬板抗穿甲特性的研究。制備了具有功能梯度的試樣，設(shè)計了試驗夾具，分別采用MTS810靜態(tài)試驗機和改進的Hopkinson壓桿實驗裝置，對制備的試樣進行了準靜態(tài)和沖擊載荷下的穿甲試驗，并結(jié)合試驗結(jié)果進行了穿甲的數(shù)值模擬。得到了兩種加載條件下的穿甲位移和