本文選題：泡沫鋁　切入點(diǎn)：泰勒沖擊　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：泡沫金屬材料由于其特殊的細(xì)觀結(jié)構(gòu),使其具有優(yōu)越的力學(xué)性能,諸如高比強(qiáng)度和高比剛度,以及良好的吸能特性,因此被廣泛地應(yīng)用于汽車、航空航天以及軍事防護(hù)等領(lǐng)域,尤其是在緩沖吸能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,表現(xiàn)相當(dāng)突出。而泡沫金屬材料的功能可設(shè)計(jì)性也為其能夠被廣泛應(yīng)用提供了保障,例如可改變其相對(duì)密度,孔徑的類型和大小以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。泡沫金屬的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與其細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系尚不明確,實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少。對(duì)泡沫金屬實(shí)驗(yàn)研究的主要困難是泡沫金屬在高速加載下的非均勻變形特征并不能滿足傳統(tǒng)Hopkinson壓桿技術(shù)的均勻性假定,故而在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的動(dòng)態(tài)壓縮性能可能不準(zhǔn)確。此外,對(duì)細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響的研究也同樣存在著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的困難,需要發(fā)展合適的實(shí)驗(yàn)方法以得到較為準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。首先研究了泡沫鋁材料在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下的應(yīng)力-應(yīng)變行為和材料參數(shù)的確定方法。采用剛性-塑性硬化(R-PH)材料模型擬合泡沫鋁的工程應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,討論了四種擬合方式,并且最終確定從材料參數(shù)本身的物理意義出發(fā),采用獨(dú)立確定材料參數(shù)的方法,可以很好地表征泡沫鋁在準(zhǔn)靜態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。本文利用直接沖擊的方式,基于泡沫鋁的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,并考察關(guān)于泡沫鋁動(dòng)態(tài)理論模型的研究,介紹了一種動(dòng)態(tài)、剛性-塑性硬化(D-R-PH)模型,通過跨波陣面的守恒關(guān)系以及剛性體的牛頓運(yùn)動(dòng)定律,可以得到一種時(shí)間關(guān)于速度的函數(shù)表達(dá)關(guān)系,如下式所示:式中,L為泡沫鋁試件原始長(zhǎng)度,v0為初始沖擊速度,v為撞擊過程中的瞬時(shí)速度,t為時(shí)間,b和c為材料參數(shù)。可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定沖擊速度的歷史曲線,通過(a)式擬合得到材料參數(shù)b和c,進(jìn)而可以給出D-R-PH模型中的兩個(gè)材料參數(shù):初始?jí)簼?yīng)力σ0d和應(yīng)變硬化參數(shù)D。并通過對(duì)比擬合得到的應(yīng)力時(shí)程曲線和由Hopkinson桿測(cè)得的應(yīng)力時(shí)程曲線,驗(yàn)證了 D-R-PH模型在研究泡沫鋁動(dòng)態(tài)力學(xué)性能方面的有效性和正確性。通過對(duì)比準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線可觀察到泡沫鋁是一種加載率敏感的材料。通過實(shí)驗(yàn)研究泡沫鋁的相對(duì)密度對(duì)D-R-PH模型參數(shù)的影響,得到一種顯含有相對(duì)密度的泡沫鋁的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。分別對(duì)不同性質(zhì)的泡沫鋁材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn),并且通過兩種擬合方案對(duì)比,得出適用于確定脆性泡沫鋁材料或者非脆性泡沫鋁材料的理論模型參數(shù)的方案。并對(duì)相關(guān)的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,兩種實(shí)驗(yàn)的擬合方案均可以對(duì)動(dòng)態(tài)材料參數(shù)進(jìn)行確定,對(duì)于應(yīng)力的測(cè)量出現(xiàn)較大震蕩或者不夠準(zhǔn)確的情況下,應(yīng)該采取速度時(shí)間擬合;若速度和應(yīng)力均能準(zhǔn)確測(cè)量,用應(yīng)力速度擬合方法將會(huì)更加準(zhǔn)確。
[Abstract]:Foamed metal materials are widely used in automotive, aerospace, military protection and other fields because of their special meso-structure, which makes them have superior mechanical properties, such as high specific strength and high specific stiffness, and good energy absorption characteristics.Especially in the structural design of buffer energy absorption, the performance is quite outstanding.The functional designability of metal foam materials also provides a guarantee that they can be widely used, such as changing the relative density, the type and size of pore size to meet the requirements of practical application.The relationship between the dynamic mechanical properties of foam metals and their meso-structure parameters is not clear, and the experimental studies are relatively few.The main difficulty in the experimental study of foam metal is that the inhomogeneous deformation characteristics of foam metal under high speed loading can not meet the assumption of uniformity of traditional Hopkinson compression bar technology, so the dynamic compression performance measured in the experiment may not be accurate.In addition, it is difficult to study the influence of microstructural parameters on the microstructural parameters, so it is necessary to develop an appropriate experimental method to obtain a more accurate relationship between the dynamic mechanical properties and the meso-structural parameters.Firstly, the stress-strain behavior of aluminum foams under quasi-static compression and the determination of material parameters are studied.The rigid-plastic hardening R-PHM model is used to fit the engineering stress-strain relationship of aluminum foam, and four fitting methods are discussed. Finally, the method of independent determination of material parameters is adopted to determine the physical meaning of the material parameters.The stress-strain relationship of aluminum foam under quasi-static condition can be well characterized.In this paper, based on the dynamic mechanical properties of aluminum foam, a dynamic, rigid and plastic hardening D-R-PHM model is introduced based on the study of the dynamic theoretical model of aluminum foam.By means of the conservation relation of the cross wave front and Newton's law of motion of rigid body, a function expression relation of time and velocity can be obtained.It is shown as follows: in formula L, the original length of the aluminum foam specimen is V _ 0, the initial impact velocity v _ v is the instantaneous velocity t during the impact process, and the time b and c are the material parameters.The historical curve of impact velocity can be measured by experiments, and the material parameters b and c can be obtained by fitting the formula, and two material parameters in D-R-PH model: initial crushing stress 蟽 0d and strain hardening parameter D can be obtained.The validity and correctness of the D-R-PH model in studying the dynamic mechanical properties of aluminum foams are verified by comparing the stress time history curves obtained from the fitting and the stress history curves measured by the Hopkinson rod.By comparing the stress-strain curves of quasi-static experiments, it is observed that aluminum foam is a material sensitive to loading rate.The influence of the relative density of aluminum foam on the parameters of D-R-PH model is studied experimentally, and a stress-strain relationship of aluminum foam with relative density is obtained.The dynamic experiments of aluminum foam materials with different properties were carried out, and through the comparison of two fitting schemes, a scheme suitable for determining the theoretical model parameters of brittle aluminum foam materials or non-brittle aluminum foam materials was obtained.The related reasons are analyzed.The results show that the parameters of dynamic materials can be determined by the fitting schemes of the two experiments, and the velocity time fitting should be taken in the case of large oscillation or inaccuracy in the measurement of stress, if both the velocity and stress can be accurately measured,The method of stress velocity fitting will be more accurate.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG146.21

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本文編號(hào)：1719296