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(yùn)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(jìn)行吸能防護(hù)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(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)壓縮力學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(jī)理。具體如下：
　　1、利用Servo-Hydraulic材料萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)和分離式霍普金森壓桿裝置分別對開孔泡沫鋁進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明開孔泡沫鋁的準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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