發(fā)布時(shí)間：2021-08-27 14:31

　　爆炸對(duì)周圍物體產(chǎn)生的作用可看成一種強(qiáng)動(dòng)力瞬時(shí)荷載,雖然只是一種偶然荷載,但一旦發(fā)生爆炸,必將對(duì)臨近建筑產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果,如何采用有效的工程防護(hù)技術(shù)措施,避免爆炸沖擊作用帶來的嚴(yán)重危害,成為當(dāng)前土木工程防災(zāi)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)抗爆抗沖擊多采用提高混凝土強(qiáng)度、增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸以及提高工程結(jié)構(gòu)抗力等手段,近年來,以泡沫鋁為代表的輕質(zhì)吸能材料得到迅速發(fā)展,憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能和能量吸收特性,成為抗爆結(jié)構(gòu)的輔助材料而備受關(guān)注。本文針對(duì)一種高性能的鋁基復(fù)合泡沫材料,將其與薄壁金屬管材結(jié)合,制備成泡沫金屬填充或夾芯圓管結(jié)構(gòu),用于多種抗爆抗沖擊應(yīng)用領(lǐng)域。首先,以三種具有不同空心球粒徑（150μm、200μm和300μm）的鋁基復(fù)合泡沫為研究對(duì)象,試驗(yàn)研究其在準(zhǔn)靜態(tài)軸心壓縮作用下的力學(xué)和吸能性能;然后,將鋁基復(fù)合泡沫與薄壁鋁管結(jié)合在一起,制成鋁基復(fù)合泡沫填充鋁管結(jié)構(gòu),利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸壓縮性能試驗(yàn),考察其變形失效與破壞形態(tài);最后,利用非線性顯示動(dòng)力有限元軟件ANSYS/LS-DYNA,對(duì)鋁基復(fù)合泡沫夾芯圓柱殼進(jìn)行爆炸作用下的數(shù)值模擬,分析夾芯圓柱殼的抗爆性能。具體研究內(nèi)容如下:（1... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

泡沫鋁受壓時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線[11]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-應(yīng)力逐漸增大，能量吸收能力越高，并且可以通過選擇合適的微球的形態(tài)和含量，調(diào)節(jié)材料的強(qiáng)度和能量吸收能力。在單軸壓縮下，金屬泡沫會(huì)在局部發(fā)生破壞，導(dǎo)致變形局部化，局部破壞、崩塌后局部致密化增加了局部流動(dòng)應(yīng)力，進(jìn)而使變形擴(kuò)散到鄰近區(qū)域，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)破壞，而添加的陶瓷微球可以增加破碎所需的應(yīng)力，進(jìn)而增強(qiáng)金屬泡沫的強(qiáng)度，但也同時(shí)降低了抗壓延性。圖1-2鋁基復(fù)合泡沫的設(shè)計(jì)思路[16]圖1-3鋁基復(fù)合泡沫與普通泡沫鋁應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)比圖[20,62]Daoud等[22]通過在A359中添加Al2O3顆粒制成A359-Al2O3鋁基復(fù)合泡沫材料，通過調(diào)整Al2O3含量來觀察Al2O3對(duì)復(fù)合泡沫材料的影響，并與未添加Al2O3的A359泡沫進(jìn)行了對(duì)比。研究表明：Al2O3含量在10%時(shí)，復(fù)合泡沫材料的吸能能力和未添加Al2O3時(shí)的普通泡沫鋁基本上是一樣的，但隨著Al2O3含量的增加，01020304050607080900.00.10.20.30.40.50.60.780μm復(fù)合泡沫鋁150μm復(fù)合泡沫鋁普通泡沫鋁Stress(MPa)Strain

＞抖愿春喜牧系牧ρ?閱艿撓跋轂冉洗螅?梢醞ü?髡?招那蛄＞洞?小來獲得不同屬性的復(fù)合材料。丁珂[33]從微細(xì)觀上對(duì)鋁基復(fù)合泡沫進(jìn)行了破壞機(jī)理分析，如圖1-4是準(zhǔn)靜態(tài)壓縮變形為50%時(shí)，300μm鋁基復(fù)合泡沫試件內(nèi)部空心球的微觀破壞形態(tài)，其中圖c是空心球被壓碎與未被壓碎的過渡區(qū)域，此區(qū)域邊界線（圖中紅線）附近的空心球主要破壞形態(tài)是剪切破壞。研究表明：在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮荷載下，鋁基復(fù)合泡沫內(nèi)部空心微球通過擠壓、剪切產(chǎn)生較大的塑性變形，在此過程中吸收大量能量，因此鋁基復(fù)合泡沫能夠表現(xiàn)出較高的吸能能力。圖1-4300μm粒徑鋁基復(fù)合泡沫試件在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下微觀破壞形態(tài)王永剛等[34]通過爆炸試驗(yàn)和數(shù)值模擬驗(yàn)證了泡沫鋁的粘性效應(yīng)，正是泡沫鋁的粘性效應(yīng)，使沖擊波的波幅在傳播過程中隨著傳播距離的增大而出現(xiàn)衰減與彌散。另外，追趕卸載也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)沖擊波的衰減。1.2.2泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀薄壁金屬管，一種比較常見的吸能元件，由于易發(fā)生屈曲失穩(wěn)而導(dǎo)致它的力學(xué)及吸能性能常常不能充分發(fā)揮，而泡沫鋁具有良好的緩沖吸能能力可以有效地降低沖擊荷載，但其自身強(qiáng)度比較低，無法作為單獨(dú)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件，一些學(xué)者嘗試將泡沫鋁與金屬薄壁管結(jié)合到一起制成泡沫鋁填充管來改善兩者的力學(xué)及吸能性能，并開展了一系列關(guān)于泡沫鋁填充管的研究。Seitzberger等[35,36]對(duì)泡沫鋁填充管進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮性能試驗(yàn)，研究表明：泡沫鋁不僅改變了薄壁金屬管的變形失效模式，使平均壓縮荷載更平穩(wěn)，而且大大提高了填充管的吸能能力和承載能力。Duarte等[42]對(duì)泡沫鋁填充管在單軸壓縮荷載作用下的變形模式進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)在泡沫鋁填充管變形過程中，泡沫鋁阻止了薄壁管向內(nèi)屈曲變形，使泡沫鋁填充管的吸能過程更加穩(wěn)定。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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