本文關(guān)鍵詞：基于有限元法模擬泡沫鋁力學(xué)性能

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【摘要】：多孔材料由于其具有較高比模數(shù)和強(qiáng)度,因此被廣泛地應(yīng)用于汽車制造、鐵路、航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。除此之外,多孔材料在壓縮變形的過程中應(yīng)力幾乎保持恒定使其吸收能量效率大大提高因此可以用作吸能裝置被安裝在可能會(huì)遭受到高速撞擊的構(gòu)件中用來保護(hù)構(gòu)件在受到高速撞擊時(shí)其中的乘客及其他構(gòu)件不受損害。由此可以看出在研究多孔材料的靜態(tài)力學(xué)行為的同時(shí)對(duì)其動(dòng)態(tài)力學(xué)行為的研究也尤為重要,多孔金屬材料在高應(yīng)變率條件下的壓縮變形行為以及力學(xué)性能的研究具有更為實(shí)際的意義。本文根據(jù)幾何關(guān)系式得出泡沫鋁模型的相對(duì)密度與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系建立開孔模型,通過改變應(yīng)變率的大小,運(yùn)用有限元數(shù)值分析軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)模型在準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行壓縮模擬試驗(yàn),對(duì)比不同加載速率下的力學(xué)性能曲線,分析其變形機(jī)制及應(yīng)變率效應(yīng)。結(jié)果顯示隨著應(yīng)變率的提高楊氏模量和流動(dòng)應(yīng)力都提高,密實(shí)化應(yīng)變減小,開孔泡沫鋁對(duì)應(yīng)變率較為敏感,準(zhǔn)靜態(tài)壓縮過程中應(yīng)變率敏感度分別為0.106和0.245,動(dòng)態(tài)壓縮過程中的應(yīng)變率敏感度分別為0.416和0.169。選取兩組簡(jiǎn)單立方的開孔泡沫鋁模型,即孔徑一定相對(duì)密度不同的模型和相對(duì)密度一定孔徑不同的模型,分別對(duì)這兩組結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的泡沫鋁模型動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行模擬研究。通過模擬可知?jiǎng)討B(tài)壓縮時(shí),彈性模量和屈服強(qiáng)度隨著相對(duì)密度的提高而增大,而隨半徑的增加而減小,由此可知,小孔徑的泡沫鋁金屬力學(xué)性能優(yōu)于大孔徑的泡沫鋁金屬。針對(duì)閉孔泡沫鋁在相對(duì)密度和孔徑一定的條件下運(yùn)用有限元模擬軟件在不同的應(yīng)變率下進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載,通過研究其力學(xué)性能曲線可知閉孔泡沫鋁在準(zhǔn)靜態(tài)條件下的力學(xué)性能隨應(yīng)變率的變化不明顯,應(yīng)變率敏感度為0.0017和0.0026;動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)隨應(yīng)變率的上升,彈性模量和屈服應(yīng)力都提高,應(yīng)變率敏感度為0.068和0.0135,由此可知閉孔泡沫鋁動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)具有較顯著的應(yīng)變率效應(yīng)。在相對(duì)密度一定時(shí)分別建立基體材料不同的十四面體模型閉孔模型,即純鋁,鋁硅合金和鋁鎂合金三種材質(zhì),在四種應(yīng)變率下進(jìn)行壓縮試驗(yàn)通過分析其力學(xué)性能曲線可知,這三種基體材料的泡沫鋁金屬的應(yīng)力-應(yīng)變曲線無論在準(zhǔn)靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)都具有線彈性,塑性平臺(tái)和致密化三個(gè)階段,隨著應(yīng)變率的提高,其中塑性材質(zhì)的純鋁和鋁鎂合金的平臺(tái)應(yīng)力隨應(yīng)變率的上升而明顯升高應(yīng)變率敏感度分別為0.273,0.431和0.479,0.404,脆性材質(zhì)的鋁硅合金的流動(dòng)應(yīng)力則改變較小應(yīng)變率敏感度分別為0.0956和0.0955,其中鋁鎂合金的彈性模量和屈服應(yīng)力明顯高于純鋁和鋁硅合金,說明泡沫金屬的應(yīng)變率敏感性不僅與局部化,微觀慣性和致密性有關(guān),同時(shí)基體材料也是影響其的主要因素。
【關(guān)鍵詞】：泡沫鋁 有限元模擬 應(yīng)力-應(yīng)變曲線 應(yīng)變率
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題的研究背景10-11
• 1.2 多孔材料的概述11-14
• 1.2.1 多孔材料的分類11
• 1.2.2 多孔材料的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)11-12
• 1.2.3 多孔材料的性能12-14
• 1.3 多孔材料的應(yīng)用14
• 1.4 國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展14-17
• 1.4.1 數(shù)值模擬模型研究進(jìn)展14-15
• 1.4.2 國(guó)外力學(xué)性能的研究進(jìn)展15-16
• 1.4.3 國(guó)內(nèi)力學(xué)性能的研究進(jìn)展16-17
• 1.5 研究意義及研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.5.1 研究意義17
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容17-18
• 第二章 有限元模擬理論基礎(chǔ)及方法18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 有限元軟件ANSYS介紹18-20
• 2.2.1 有限元方法概況18
• 2.2.2 有限元法的提出及原理18-20
• 2.3 有限元分析的內(nèi)容和作用20
• 2.4 ANSYS功能介紹及計(jì)算基本流程20-23
• 2.4.1 ANSYS功能介紹20-21
• 2.4.2 ANSYS計(jì)算方法21-22
• 2.4.3 ANSYS模擬的基本流程22-23
• 2.5 模擬流程23-26
• 2.5.1 建立模型23-24
• 2.5.2 定義材料參數(shù)24-25
• 2.5.3 網(wǎng)格劃分和邊界條件25
• 2.5.4 定義接觸面25
• 2.5.5 算法類型和摩擦類型選擇25-26
• 2.5.6 求解26
• 2.6 模型幾何參數(shù)的計(jì)算26-27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 第三章 開孔泡沫鋁力學(xué)性能的有限元模擬結(jié)果分析28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 加載速率對(duì)泡沫鋁力學(xué)性能的影響28-35
• 3.2.1 壓縮結(jié)果分析28-32
• 3.2.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析32
• 3.2.3 應(yīng)變率效應(yīng)分析32-35
• 3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)泡沫鋁力學(xué)性能的影響35-41
• 3.3.1 相對(duì)密度對(duì)泡沫鋁力學(xué)性能影響模擬結(jié)果分析35-38
• 3.3.3 孔徑對(duì)泡沫鋁力學(xué)性能影響模擬結(jié)果分析38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 閉孔泡沫鋁力學(xué)性能的有限元模擬結(jié)果分析42-60
• 4.1 引言42
• 4.2 加載速率對(duì)泡沫鋁力學(xué)性能的影響42-48
• 4.2.1 壓縮結(jié)果分析42-46
• 4.2.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析46
• 4.2.3 應(yīng)變率效應(yīng)分析46-48
• 4.3 基體材料對(duì)泡沫鋁力學(xué)性能的影響48-58
• 4.3.1 壓縮結(jié)果分析49-56
• 4.3.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析56-57
• 4.3.3 應(yīng)變率效應(yīng)分析57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄68-69

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