泡沫铝的压缩变形行为及力学性能的研究

论文摘要

泡沫铝是近年来发展起来的一种新型结构功能材料,具有优良的缓冲吸能作用,研究其在静动态载荷作用下的压缩力学变形行为和吸能性能具有重要的意义。国外相关的研究已经较深入并已成功应用到若干领域,而国内对泡沫铝力学性能的研究比较少,且多集中于单轴抗压行为的研究。孔隙率、材质、孔径大小、试样尺寸等因素对压缩性能的综合影响以及交互作用、泡沫铝的拉伸变形特征以及变形机制、复合结构研究、疲劳、各向异性等方面的研究相对不足。本文针对这种现状进行了如下研究:（1）用正交试验综合研究了开孔泡沫铝的压缩变形特征及孔隙率、材质、孔径大小、试样尺寸对压缩性能的影响。得到了三种不同材质的应力-应变曲线。泡沫纯铝的分三个阶段:弹性变形阶段、平台区、密实阶段;泡沫AlSi12有较大的波动;泡沫AlMg10的应力-应变曲线在达到峰值后开始跌落,然后是一长段的应变。材质对压缩性能的影响程度最大,孔隙率次之,孔径的影响随后,试样尺寸的影响最小,但试验结果仍显示出一定的尺寸效应。（2）研究了闭孔泡沫铝的压缩变形特征以及孔隙率、缺陷等因素的影响。（3）研究了泡沫铝的拉伸性能。泡沫铝的拉伸变形量很小,抗拉强度低,仅为几个Mpa,变形过程中没有出现宏观的颈缩现象。开孔试样的拉伸破坏是由裂纹的快速扩展引起的;闭孔试样的断裂是由夹持处的变形引起的应力集中导致的。开孔泡沫纯铝的应力应变基本上成线性关系;泡沫AlSi12表现出一定的脆性行为,应力-应变曲线上有较大的波动。闭孔泡沫铝具有塑性变形行为,其典型的应力-应变曲线有四个阶段:线弹性区域,塑性屈服,应变强化和断裂区。（4）研究了复合圆管结构的压缩性能。其应力-应变曲线分三个阶段:弹性变形阶段、平台区和密实化阶段。曲线上有波动,波动次数与钢管褶皱个数成对应关系,复合结构的压缩变形方式与空管相比发生了改变,由不对称变形模式变为轴对称变形模式了,复合结构的屈服应力大于空管和泡沫铝屈服应力的简单叠加之和。（5）利用ANSYS有限元分析软件模拟了开孔泡沫铝的线弹性和屈曲变形特征及变形机制并进行了理论分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 泡沫铝的应用
• 1.1.2 泡沫铝的制备方法
• 1.2 泡沫金属力学性能研究现状和进展
• 1.3 泡沫铝压缩性能的研究进展
• 1.4 泡沫铝拉伸性能的研究进展
• 1.5 泡沫铝复合结构的力学性能研究
• 1.6 本文的主要工作和研究意义
• 第二章 泡沫铝的压缩性能研究
• 2.1 试样的制备及正交试验方案
• 2.1.1 开孔试样的制备方法
• 2.1.2 闭孔试样制备
• 2.2 实验描述
• 2.2.1 开孔试样的压缩试验
• 2.2.2 闭孔泡沫铝的压缩实验
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 实验数据
• 2.3.2 压缩变形过程及特征
• 2.3.3 压缩应力-应变曲线及变形机理分析
• 2.3.4 泡沫铝的吸能性
• 2.3.5 因素对压缩性能的影响
• 2.4 小结
• 第三章 泡沫铝的拉伸性能研究
• 3.1 拉伸试样制备方法
• 3.2 实验描述
• 3.2.1 开孔试样的拉伸实验
• 3.2.2 闭孔泡沫铝的拉伸实验
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 实验数据
• 3.3.2 拉伸变形过程和特征
• 3.3.3 拉伸应力-应变曲线及机理分析
• 3.3.4 泡沫铝拉伸性能的影响因素
• 3.4 小结
• 第四章 复合结构的压缩性能研究
• 4.1 试样制备方法
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 实验数据
• 4.3.2 压缩变形过程及机理分析
• 4.3.3 应力-应变曲线
• 4.4 结论
• 第五章 泡沫铝弹性和屈曲变形有限元模拟
• 5.1 有限元的发展趋势和软件的选用
• 5.2 有限元方法原理及分析步骤
• 5.2.1 有限元方法原理
• 5.2.2 有限元方法分析步骤
• 5.3 泡沫金属有限元模拟的发展情况及意义
• 5.4 问题分析
• 5.5 有限元方法分析具体步骤
• 5.5.1 前处理
• 5.5.2 施加约束和求解
• 5.5.3 察看结果和数据处理
• 5.6 理论分析
• 5.6.1 模型的密度公式推导
• 5.6.2 模型的受力分析及公式推导
• 5.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 个人简况