多胞金屬材料的動態(tài)力學(xué)性能及屈服行為研究.pdf

1、由于多胞金屬材料優(yōu)異的力學(xué)性能及物理性能，例如質(zhì)量輕、高比剛度、高比強度、緩沖吸能及電磁屏蔽等，常被作為一種承載材料或與其它材料組成多層復(fù)合結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道車輛、建筑等工業(yè)領(lǐng)域。由于多胞金屬材料服役工況的復(fù)雜性，無論是其工業(yè)優(yōu)化設(shè)計，還是其在工程中的實際應(yīng)用，都需要深入研究其力學(xué)性能，尤其是動態(tài)力學(xué)性能和在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服失效行為。本文采用實驗研究與理論分析相結(jié)合的方法，研究了中等相對密度固體中的多孔銅合金及多孔鐵合金

2、在動態(tài)載荷下的力學(xué)行為，以及低相對密度固體中的泡沫鋁合金在準(zhǔn)靜態(tài)單軸載荷和三軸復(fù)合加載條件下的屈服行為。
　　利用分離式霍普金森壓桿實驗裝置(SHPB)對多孔銅合金和多孔鐵合金進(jìn)行動態(tài)加載實驗，得到了兩種多孔金屬材料在應(yīng)變率102s-1～103s-1下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。分析了材料的相對密度和應(yīng)變率對于材料壓縮屈服強度的影響。同時，提出了一個能夠描述這兩種多孔金屬材料的動態(tài)力學(xué)性能的多參數(shù)本構(gòu)方程，分析了模型參數(shù)與材料的相對密度之間

3、的關(guān)系。
　　對三種相對密度(10％，15％，20％)的泡沫鋁合金進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮、拉伸加載實驗和準(zhǔn)靜態(tài)三軸圍壓加載實驗。比較和分析了泡沫鋁合金處于單向應(yīng)力狀態(tài)時，壓縮載荷下與拉伸載荷下材料變形失效機制的不同，及由此導(dǎo)致的材料不對稱的單軸壓縮拉伸屈服強度。根據(jù)單軸壓縮和拉伸實驗及三軸圍壓加載實驗的結(jié)果獲得了不同相對密度泡沫鋁合金在準(zhǔn)靜態(tài)載荷下的實驗屈服面。同時，分析了相對密度對于泡沫鋁合金準(zhǔn)靜態(tài)實驗屈服面形狀的影響。
　

4、　研究取得以下五方面的成果:(1)實驗結(jié)果表明，多孔銅合金和多孔鐵合金均存在明顯的應(yīng)變硬化效應(yīng)，同時材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線的屈服平臺階段與密實化階段沒有明顯的界限。(2)多孔銅合金和多孔鐵合金的相對密度和應(yīng)變率對于材料的壓縮屈服強度有顯著的影響，材料的相對密度越大，其屈服強度越大，而且材料的屈服強度隨著應(yīng)變率的提高而增大。(3)提出了一個能夠描述多孔銅合金和多孔鐵合金動態(tài)力學(xué)性能的多參數(shù)本構(gòu)方程，分析了模型參數(shù)與材料的初始相對密度之間的關(guān)系

5、，通過對比模型預(yù)測結(jié)果和實驗結(jié)果對本構(gòu)模型的有效性進(jìn)行了驗證。(4)將三種相對密度泡沫鋁合金的準(zhǔn)靜態(tài)實驗屈服面與Gibson屈服準(zhǔn)則、Deshpande-Fleck屈服準(zhǔn)則及Miller屈服準(zhǔn)則三個屈服準(zhǔn)則進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示材料的實驗屈服面與現(xiàn)有的三個屈服準(zhǔn)則基本吻合，由于Miller屈服準(zhǔn)則充分考慮了泡沫材料不對稱的單軸拉壓屈服強度，材料的實驗屈服面與之吻合較好。(5)通過將材料的屈服應(yīng)力點進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，可以得出在本文研究的相對密度范