發(fā)布時間：2020-07-04 15:31

【摘要】：泡沫鋁夾層板具有輕質(zhì)、高比剛度、高阻尼減振性能和沖擊能量吸收率、低熱導(dǎo)率、良好的吸收和反射電磁波能力,這些優(yōu)異的性能令其在航空航天、火車和汽車結(jié)構(gòu)、家用電器、土木結(jié)構(gòu)中被廣泛的使用。由于泡沫鋁夾層板在實(shí)際應(yīng)用時會受到各種外力的作用,因此其機(jī)械性越來越受到重視。此外,泡沫鋁夾層板在極端環(huán)境條件中也有著巨大的應(yīng)用前景,如:燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)中的燃燒室結(jié)構(gòu)、火箭的噴嘴結(jié)構(gòu)以及飛機(jī)排氣隔熱裝置。因此,在研究泡沫鋁夾層板的性能和開拓其應(yīng)用范圍等方面,探索其傳熱屬性及在不同溫度下的壓縮響應(yīng)就顯得非常有意義。鑒于上述原因,本文對泡沫鋁夾層板的特性進(jìn)行了探索,主要工作內(nèi)容如下:首先,本文采用C++和ANSYS軟件建立了泡沫鋁夾層板的二維隨機(jī)圓模型,并對泡沫鋁夾層板的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了仿真研究,探討了相對密度與孔徑大小對泡沫鋁夾層板有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明:泡沫鋁夾層板內(nèi)部的溫度分布具有不均勻性,并且其有效熱導(dǎo)系數(shù)隨著泡沫鋁芯孔隙度的增加而下降;同時發(fā)現(xiàn),當(dāng)孔隙度相同時,其有效熱導(dǎo)系數(shù)隨孔徑增大而減小。在此基礎(chǔ)上,通過泡沫鋁夾層板有效導(dǎo)熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式對仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。然后,通過泡沫鋁夾層板在不同溫度下的準(zhǔn)靜態(tài)局部壓縮實(shí)驗(yàn),研究了實(shí)驗(yàn)溫度、泡沫鋁芯孔隙度和面板厚度對泡沫鋁夾層板的壓縮性能和能量吸收特性的影響。結(jié)果表明,泡沫鋁夾層板在不同溫度下的變形過程大致上可以分成3個階段:線彈性階段、塑性平臺階段和致密化階段。另外,由于高溫軟化效應(yīng),試件的屈服極限和能量吸收能力隨溫度的升高而降低,而相同孔隙度的試件在不同溫度下的致密化應(yīng)變基本保持不變;在相同溫度下,隨著孔隙度的減小或面板厚度的增加,泡沫鋁夾層板的屈服強(qiáng)度、平臺應(yīng)力和能量吸收能力也會相應(yīng)增強(qiáng)。最后,采用仿真手段模擬了泡沫鋁夾層板在300°C下的局部壓縮過程,并通過對比實(shí)際測試的結(jié)果驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性及仿真方式的可行性。另外,仿真研究了實(shí)驗(yàn)溫度、孔隙度及孔徑尺寸對泡沫鋁夾層板的局部力學(xué)性能與能量吸收能力的綜合影響。研究結(jié)果表明對泡沫鋁夾層板的力學(xué)性能與能量吸收能力影響程度最大的是實(shí)驗(yàn)溫度,孔徑對其影響程度最弱。研究結(jié)果也證實(shí)了隨著溫度、孔隙度和孔徑的增加泡沫鋁夾層板的平臺應(yīng)力和能量吸收性能逐漸減小。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21;TB33
【圖文】：

士學(xué)位論文特性與其在被壓縮時的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)的獨(dú)特的形圖 1.1 所示，它大致上是由三個不同的區(qū)域組成應(yīng)力恒定或稍微增加的平臺擴(kuò)展區(qū)域，最后是在區(qū)。在彈性區(qū)域和平臺區(qū)域之間的過渡區(qū)間內(nèi)，會發(fā)生集體塌陷現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會引起整體結(jié)構(gòu)碎的胞孔鄰近的孔在幾乎相同的應(yīng)力下整體崩潰象在應(yīng)力-應(yīng)變曲線的平臺區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展，直到在加此時，材料內(nèi)部的絕大部分氣體被擠出，因此已觸導(dǎo)致壓縮應(yīng)力的急劇上升并逐漸過渡到致密化

但是實(shí)驗(yàn)周期長、成本高、實(shí)驗(yàn)條件要求也比較高使微觀結(jié)構(gòu)模型來模擬泡沫鋁時，需要其本構(gòu)關(guān)系或者其微為基礎(chǔ)。一般情況下，在模擬泡沫鋁的力學(xué)性能時，微觀擬這兩種方法通常結(jié)合使用，例如 Gibson-Ashby 模型[26]、體模型[27]和 Voronoi 模型[28]，如圖 1.2 所示。其中，Gib體抽象地表征為具有立方結(jié)構(gòu)的孔隙單元集合體，其能較時的線彈性性能；八面體模型在表征多孔泡沫材料的電阻效果明顯高于 Gibson-Ashby 模型；此外，為了更有效地模和性能，十四面體模型被用來替代上述的八面體模型；Vo真實(shí)泡沫金屬材料通常包含的不規(guī)則的胞孔結(jié)構(gòu)。這些微泡沫鋁內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)為前提，認(rèn)為其單個孔結(jié)構(gòu)為理想基上再對泡沫鋁的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)、楊氏模量、壓縮極限征進(jìn)行仿真求解。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2741259