發(fā)布時(shí)間：2018-03-06 03:14

  本文選題：泡沫金屬　切入點(diǎn)：尺度效應(yīng)　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：泡沫金屬等多孔材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能,其特殊的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其跨尺度力學(xué)性能有重要影響。為了能更全面地闡釋泡沫金屬力學(xué)行為,本文采用梁鏈網(wǎng)模型作為泡沫金屬的細(xì)觀力學(xué)模型,并且結(jié)合應(yīng)變梯度彈性理論的解析解給出泡沫金屬宏觀響應(yīng)與細(xì)觀參數(shù)的關(guān)系,最后研究了基體材料粘/超彈性和細(xì)觀胞壁排布方式對(duì)材料力學(xué)響應(yīng)的影響。具體研究?jī)?nèi)容包括:(1)借助有限元軟件ANSYS構(gòu)建梁鏈網(wǎng)模型來(lái)等效泡沫金屬的各種細(xì)觀結(jié)構(gòu),如胞孔形狀為正三角形、正方形和正六邊形的周期性規(guī)則模型,胞孔形狀不規(guī)則的Voronoi模型(二維)和以六方最密堆積為基礎(chǔ)的三維模型。采用應(yīng)變能等效原理對(duì)二維的周期性模型做了宏觀材料參數(shù)的標(biāo)定,建立了基于應(yīng)變梯度彈性理論的廣義連續(xù)體和基體金屬材料彈性參數(shù)與胞元尺寸和排布方式之間的關(guān)系。(2)泡沫金屬的力學(xué)性能強(qiáng)烈依賴(lài)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)構(gòu)件特征尺寸與胞孔特征尺寸d處于相同數(shù)量級(jí)時(shí),表現(xiàn)出明顯的尺度效應(yīng)。為了揭示這種尺度效應(yīng)的力學(xué)機(jī)理,本文研究了泡沫金屬試件的剪切、純彎曲和單軸壓縮試驗(yàn)。一方面,利用應(yīng)變梯度彈性理論給出剪切和純彎曲的解析解,其中包含了材料內(nèi)稟尺寸lc這一關(guān)鍵模型參數(shù)。另一方面,選用正六邊形梁鏈網(wǎng)模型模擬彎曲和剪切試驗(yàn),選用三維梁鏈網(wǎng)模型模擬單軸壓縮試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)稟尺寸lc強(qiáng)烈相關(guān)于胞孔特征尺寸d,宏觀力學(xué)響應(yīng)隨著樣品特征尺寸與胞孔特征尺寸d的相對(duì)比值而改變。分析結(jié)果表明:剪切和純彎曲試驗(yàn)中都表現(xiàn)出顯著的尺度效應(yīng),即材料力學(xué)性能明顯相關(guān)于樣品尺寸。當(dāng)樣品尺寸與胞孔尺寸之比越小,尺度依賴(lài)性越強(qiáng)烈。并且,邊界層的約束條件對(duì)泡沫金屬的力學(xué)響應(yīng)有重要影響。彎曲問(wèn)題中,只有對(duì)離散模型上下表面施加恰當(dāng)?shù)母郊愚D(zhuǎn)角約束后,應(yīng)變梯度理論解與鏈網(wǎng)模型數(shù)值解才能夠吻合。這為理解應(yīng)變梯度理論中的非傳統(tǒng)邊界條件提供了一個(gè)直觀的實(shí)例。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合,得到了內(nèi)稟尺寸lc與胞孔特征尺寸d之間的關(guān)系,與文獻(xiàn)結(jié)論相符。單軸壓縮的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較后發(fā)現(xiàn),泡沫金屬材料的楊氏模量表現(xiàn)出明顯的尺度依賴(lài)性,隨著樣品尺寸的減小而減小,但壓縮強(qiáng)度與樣品尺寸無(wú)關(guān)。(3)研究了泡沫金屬基體材料的粘彈性和超彈性對(duì)泡沫材料宏觀力學(xué)響應(yīng)的影響。另外,探討了幾種形式的非局部化鏈網(wǎng),即相互作用不僅存在于最近鄰節(jié)點(diǎn)之間,還存在于次近鄰甚至次次近鄰節(jié)點(diǎn)之間。該類(lèi)鏈網(wǎng)模型本質(zhì)上與近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模型十分相似。鏈網(wǎng)模型的模擬結(jié)果表明,該材料具有比普通蜂窩材料更高的彈性模量和比剛度,且可以實(shí)現(xiàn)更多優(yōu)異的復(fù)合性能。
[Abstract]:Porous materials such as foam metal have excellent mechanical properties, and their special meso-structure features have an important influence on their cross-scale mechanical properties. In this paper, the mesomechanical model of foamed metal is presented by using the beam-chain network model, and the relationship between the macroscopic response and the meso-parameters of the foamed metal is given by combining with the analytical solution of strain gradient elasticity theory. Finally, the effects of viscoelastic / hyperelastic matrix materials and the arrangement of mesoscale cell wall on the mechanical response of materials are studied. The specific research contents include: 1) using finite element software ANSYS to construct the mesoscale model of foamed metal to equivalent various meso-structures of foam metal. For example, the periodic regular model of the shape of the cell hole is triangular, square and hexagonal. The Voronoi model with irregular pore shape (2D) and the 3D model based on hexagonal most dense packing are used to calibrate the macroscopical material parameters of the two-dimensional periodic model by using the strain energy equivalent principle. Based on the strain gradient elasticity theory, the relationship between elastic parameters of generalized continuum and matrix metal material and cell size and arrangement mode is established. The mechanical properties of foam metal are strongly dependent on the internal structure. When the size is the same order of magnitude as the characteristic size d of the cell, In order to reveal the mechanical mechanism of the scale effect, the shear, pure bending and uniaxial compression tests of foam metal specimens are studied in this paper. Based on the strain gradient elasticity theory, the analytical solutions of shear and pure bending are given, which include the key parameters of material intrinsic size (LC). On the other hand, the hexagonal beam mesh model is used to simulate the bending and shear tests. Three-dimensional beam mesh model was used to simulate uniaxial compression test. It was found that the intrinsic size of the material was strongly related to the pore characteristic size d, and the macroscopic mechanical response varied with the relative ratio of the characteristic size of the sample to the characteristic size of the cell hole. The results show that both shear and pure bending tests show significant scale effect. That is, the mechanical properties of materials are obviously related to the sample size. When the ratio of sample size to cell size is smaller, the scale dependence becomes stronger. Moreover, the constraint conditions of boundary layer have an important effect on the mechanical response of foam metal. Only when appropriate additional angular constraints are applied to the upper and lower surfaces of the discrete model, The solution of strain gradient theory coincides with the numerical solution of chain network model, which provides an intuitionistic example for understanding the unconventional boundary conditions in strain gradient theory. The relationship between intrinsic size (LC) and pore characteristic size (d) was obtained, which was consistent with the results of literature. The results of uniaxial compression were compared with the experimental results, and it was found that the Young's modulus of foamed metal materials showed an obvious scale dependence. The influence of viscoelasticity and hyperelasticity of foamed metal matrix on the macroscopic mechanical response of foamed metal matrix was studied. In this paper, we discuss several forms of nonlocalized chain networks, that is, the interaction exists not only between the nearest neighbor nodes, but also between the nearest neighbor nodes. This kind of chain network model is essentially similar to the near field dynamic model. The simulation results of the chain network model show that the material has higher elastic modulus and higher specific stiffness than ordinary honeycomb material. And can achieve more excellent composite performance.
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O341

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 柳暢;陳常青;沈亞鵬;;泡沫金屬壓痕試驗(yàn)的數(shù)值模擬及其反演[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

2 宗肖;吳桂龍;馮娟娟;馬連湘;;泡沫金屬對(duì)高溫熔鹽熔化過(guò)程的影響[J];科學(xué)通報(bào);2014年08期

3 戎利建,范存淦;泡沫金屬[J];百科知識(shí);1996年04期

4 汪敬生;;泡沫金屬[J];科學(xué)大眾;2001年07期

5 謝中友;虞吉林;鄭志軍;;泡沫金屬填充圓管橫向線(xiàn)載荷作用下的壓入分析[J];工程力學(xué);2011年08期

6 尚艷軍;盧天健;陳常青;;球形閉孔泡沫金屬材料力學(xué)行為研究[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2009年04期

7 韓春光;湯立群;黃小清;;材料非均勻性對(duì)泡沫金屬拉伸性能的影響[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2011年03期

8 韓春光;湯立群;黃小清;;中高孔隙率泡沫金屬材料常數(shù)的細(xì)觀統(tǒng)計(jì)特性與拉伸本構(gòu)關(guān)系[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2010年10期

9 何其健;宋宏偉;謝季佳;郇勇;;基于原位觀測(cè)的泡沫金屬細(xì)觀與宏觀壓縮實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2007年06期

10 張健;趙桂平;盧天健;;泡沫金屬在沖擊載荷下的動(dòng)態(tài)壓縮行為[J];爆炸與沖擊;2014年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 楊思一;呂廣庶;;具有規(guī)則孔型的泡沫金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造方法研究[A];2004年中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2004年

2 柳暢;陳常青;沈亞鵬;;小泡沫金屬壓痕試驗(yàn)的數(shù)值模擬及其反演[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

3 陳振乾;施明恒;;泡沫金屬內(nèi)流體凍結(jié)相變的傳熱過(guò)程[A];第四屆全國(guó)制冷空調(diào)新技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

4 宋紹峰;姜培學(xué);;泡沫金屬與針翅結(jié)構(gòu)換熱器的實(shí)驗(yàn)研究[A];2007年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2007年

5 鄭志軍;虞吉林;;泡沫金屬的動(dòng)態(tài)壓潰:沖擊壓縮、多尺度模擬和率敏感性[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

6 蔣家橋;黃西成;胡時(shí)勝;;泡沫金屬緩沖器的設(shè)計(jì)新方法及應(yīng)用[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2003）[C];2003年

7 李劍榮;寇東鵬;虞吉林;;具有雙重尺寸孔結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔泡沫金屬的優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

8 穆林;韓瑤;張建;趙桂平;盧天健;;基于分形理論的泡沫金屬材料力學(xué)細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

9 高建成;劉趙淼;;泡沫金屬的力學(xué)性能研究進(jìn)展[A];北京力學(xué)會(huì)第13屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

10 楊秀;陳振乾;施明恒;;泡沫金屬內(nèi)流體凍結(jié)相變傳熱過(guò)程的研究[A];中國(guó)制冷學(xué)會(huì)2007學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 張譯中;金屬泡沫材料研究進(jìn)展[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2002年

2 中航工業(yè)制造所 侯紅亮;新型輕量化功能與結(jié)構(gòu)材料——泡沫金屬及其三明治結(jié)構(gòu)[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2014年

3 石發(fā)清;制備泡末鋁工藝的研究[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2005年

4 李有觀;制造泡沫鋁合金材料的新技術(shù)[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張曉陽(yáng);多軸條件下基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型的泡沫金屬屈服與破壞行為研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 施娟;泡沫金屬?gòu)?qiáng)化沸騰傳熱過(guò)程的研究[D];東南大學(xué);2015年

3 彭文平;耦合化學(xué)反應(yīng)的多孔介質(zhì)內(nèi)熱質(zhì)傳遞機(jī)理研究[D];中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所;2017年

4 王長(zhǎng)峰;泡沫金屬的動(dòng)態(tài)壓潰模型和率敏感性分析[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 李科;泡沫金屬發(fā)泡過(guò)程的泡沫演化動(dòng)力學(xué)研究[D];大連理工大學(xué);2009年

6 韓春光;拉伸條件下泡沫金屬的細(xì)觀統(tǒng)計(jì)分析模型及統(tǒng)計(jì)特性研究[D];華南理工大學(xué);2011年

7 羅彥茹;泡沫SiC_p/ZL104復(fù)合材料的制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2007年

8 周志偉;泡沫鋁合金與芳綸紙蜂窩的屈服行為研究[D];太原理工大學(xué);2013年

9 寇東鵬;細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)多孔金屬材料力學(xué)性能的影響及多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

10 劉家安;陶瓷/ZA22復(fù)合泡沫的制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃媛媛;開(kāi)孔泡沫金屬微結(jié)構(gòu)強(qiáng)化傳熱性能的數(shù)值模擬研究[D];華東理工大學(xué);2015年

2 楊皓;純鋁泡沫的真空發(fā)泡制備與力學(xué)性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 高曉莉;泡沫金屬磁流變液阻尼器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

4 張學(xué)麗;吸聲降噪密胺泡沫的制備與表征[D];北京化工大學(xué);2015年

5 王江龍;沖擊載荷作用下梯度泡沫的壓縮特性分析[D];太原理工大學(xué);2016年

6 封偉民;泡沫鎂材料的制備與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 牛玲;緊湊式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)及其相變傳熱研究[D];鄭州大學(xué);2016年

8 郭坤山;泡沫鋼的制備與組織性能研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

9 李朝劍;空心微球結(jié)構(gòu)泡沫金的光電特性研究[D];云南大學(xué);2016年

10 孫猛;泡沫金屬磁流變液阻尼器的半主動(dòng)控制特性研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1573086