泡沫鋁是一種具有特殊胞孔結(jié)構(gòu)、屈服強(qiáng)度低、壓縮應(yīng)變大的新型泡沫金屬材料,其具有良好的力學(xué)性能及能量吸收性能,廣泛應(yīng)用于機(jī)械、交通運(yùn)輸和航空航天等領(lǐng)域。球體開孔型泡沫鋁兼具了開孔泡沫鋁和閉孔泡沫鋁的特性,集二者優(yōu)點(diǎn)于一身,卻又克服了開孔與閉孔型材料自身存在的缺點(diǎn),是一種性能更優(yōu)良的泡沫鋁材料。向三維通孔的球體開孔型泡沫鋁中填充聚氨酯彈性體,得到一種純鋁與粘彈性高分子材料交織復(fù)合的新型材料,這將很大程度上改善泡沫鋁的力學(xué)性能,達(dá)到材料的結(jié)構(gòu)及功能一體化需求,使其可以應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。為探究上述球體開孔泡沫鋁及球體開孔泡沫鋁/聚氨酯(以下簡(jiǎn)稱SPAF/PU)復(fù)合材料的力學(xué)性能,本文作了如下研究:(1)通過將熔融聚氨酯加壓填充到球體開孔泡沫鋁中制備了 SPAF/PU復(fù)合材料,填充率達(dá)到95%以上。對(duì)不同孔徑、不同相對(duì)密度的泡沫鋁及SPAF/PU復(fù)合材料進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮實(shí)驗(yàn),得到了兩種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線,并研究了其變形機(jī)理。結(jié)果表明,孔徑越大、相對(duì)密度越高,材料的抗壓強(qiáng)度越高、塑性平臺(tái)應(yīng)力越大,且相同應(yīng)變范圍內(nèi)的吸能量越大。此外,聚氨酯的填充量也對(duì)材料的力學(xué)性能有影響。(2)通過改進(jìn)Sherwood-Frost本構(gòu)模型,建立了考慮相對(duì)密度和形狀函數(shù)對(duì)復(fù)合材料影響的準(zhǔn)靜態(tài)本構(gòu)方程。通過MATLAB對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,得到了本構(gòu)模型的所有參數(shù)。擬合結(jié)果表明,所建立的本構(gòu)方程擬合效果良好,為數(shù)值模擬泡沫鋁及SPAF/PU復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能做了鋪墊。(3)建立了球體開孔泡沫鋁、球體閉孔泡沫鋁的三維模型。通過編寫算法,生成了孔徑、層數(shù)可調(diào)節(jié)的隨機(jī)孔球體泡沫鋁模型。與常用的簡(jiǎn)化泡沫鋁模型相比,所建立的泡沫鋁模型更加準(zhǔn)確地還原了實(shí)驗(yàn)所用球體孔泡沫鋁的結(jié)構(gòu);與CT掃描建模相比,建模過程簡(jiǎn)單,成本較低。(4)通過ABAQUS有限元分析軟件,采用建立的材料準(zhǔn)靜態(tài)壓縮本構(gòu)方程,進(jìn)行了球體開孔泡沫鋁、SPAF/PU復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮數(shù)值模擬,對(duì)比實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果,驗(yàn)證了所建立的球體開孔泡沫鋁三維模型的正確性和有效性,同時(shí),驗(yàn)證了所采用的本構(gòu)模型的正確性,為球體開孔泡沫鋁及SPAF/PU復(fù)合材料的數(shù)值模擬提供方法和依據(jù)。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB333
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 課題來源和選題意義
    1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 球體開孔泡沫金屬及其壓縮力學(xué)性能研究現(xiàn)狀
        1.3.2 泡沫金屬?gòu)?fù)合材料研究現(xiàn)狀
        1.3.3 泡沫金屬靜態(tài)本構(gòu)方程研究現(xiàn)狀
        1.3.4 泡沫金屬建模及數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.5 目前研究中存在的問題
    1.4 主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
        1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容
        1.4.2 創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)
    1.5 技術(shù)路線
    1.6 本章小結(jié)
2 SPAF/PU準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)實(shí)驗(yàn)
    2.1 SPAF/PU壓縮實(shí)驗(yàn)方法
    2.2 試樣制備及選取
        2.2.1 試樣制備
        2.2.2 試樣選取
    2.3 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)
    2.4 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        2.4.1 相對(duì)密度對(duì)SPAF/PU準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能的影響
        2.4.2 孔徑對(duì)SPAF/PU準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能的影響
    2.5 壓縮變形過程與機(jī)理分析
    2.6 本章小結(jié)
3 SPAF/PU本構(gòu)模型建立及參數(shù)擬合
    3.1 泡沫金屬準(zhǔn)靜態(tài)經(jīng)典本構(gòu)模型簡(jiǎn)介
    3.2 SPAF/PU復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)本構(gòu)模型的建立
        3.2.1 相對(duì)密度影響方式的確定
        3.2.2 形狀函數(shù)的確定
        3.2.3 SPAF/PU復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)壓縮本構(gòu)模型的確定
    3.3 基于MATLAB的SPAF/PU本構(gòu)方程參數(shù)擬合
        3.3.1 MATLAB參數(shù)擬合方法介紹
        3.3.2 SPAF/PU本構(gòu)方程參數(shù)擬合
    3.4 本章小結(jié)
4 基于MATLAB和SolidWorks的球體孔泡沫鋁模型建立
    4.1 泡沫鋁建模方法介紹
    4.2 球體孔泡沫鋁建模算法
        4.2.1 閉孔泡沫鋁建模算法
        4.2.2 開孔泡沫鋁建模算法
    4.3 本章小結(jié)
5 基于ABAQUS的泡沫鋁及SPAF/PU準(zhǔn)靜態(tài)壓縮數(shù)值模擬
    5.1 ABAQUS軟件介紹
    5.2 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮有限元模型建立
    5.3 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮數(shù)值模擬
        5.3.1 材料屬性設(shè)置
        5.3.2 有限元分析條件設(shè)置
    5.4 有限元模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析
    5.5 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
附錄
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2878516