泡沫铝材料的工程应用研究

论文题目: 泡沫铝材料的工程应用研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 固体力学

作者: 蒲怀强

导师: 刘占芳

关键词: 泡沫铝,能量吸收,本构模型,数值模拟

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 泡沫金属材料的出现与应用已有五十多年的历史，但关于泡沫金属材料在载荷作用下的力学行为和破坏机理的研究只是近几年才为人们所重视。在目前的泡沫金属材料研究中，泡沫铝是研究的重点。影响泡沫金属力学性能主要有两个方面：一是基体材料的固有特性；二是泡沫材料的几何结构、泡孔的形状、相对密度等。本文系统介绍了泡沫金属已形成的理论体系，分析了泡沫铝的压缩变形力学行为以及变形机制。针对不同的基体材料以及在同种材料、不同孔穴率和组合结构的情况下，通过一系列的静态压缩和落锤实验，获得了对泡沫铝及铝铜合金的吸能特性的实验结果，给出了吸能效率和理想吸能效率图，分析表明，泡沫铝铜合金和泡沫纯铝均为性能优良的吸能材料，比较而言，前者的吸能性能更优于后者。实验发现，用脆性泡沫做缓冲吸能材料时，加钢外壳对吸收能量的提高有显著帮助，而对于塑性泡沫，这种帮助表现得并不明显。本文还利用实验和数值模拟相结合的方法，以唯象的本构模型描述了泡沫金属材料的宏观力学行为，采用有限元方法模拟了泡沫铝结构的静、动态响应，较准确的模拟了泡沫铝结构在静态、动态载荷作用下的大变形弹塑性行为。基于模型实验的数值模拟结果表明：用Bilkhu／Dubois泡沫模型可以在唯象层次上较合理的描述泡沫铝的准静态、动态(10~3／s以下)宏观本构行为。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 泡沫铝的国内外研究状况

1.2.1 泡沫铝的制备

1.2.2 泡沫铝的力学行为研究

1.3 本文主要工作

2 泡沫铝的力学行为及吸能机制

2.1 引言

2.2 泡沫金属材料的结构形态

2.3 泡沫金属的压缩力学性能

2.3.1 线弹性段分析

2.3.2 开口孔穴的线弹性变形分析

2.3.3 闭口孔穴的线弹性变形分析

2.3.4 塑性屈服段分析

2.4 泡沫金属材料的吸能机制

2.4.1 泡沫材料吸能机制及研究状况

2.4.2 泡沫材料的吸能特性评估方法

2.5 小结

3 泡沫铝静态实验研究

3.1 引言

3.2 泡沫铝及铝铜合金静态压缩实验设计

3.3 实验结果和讨论

3.4 关于吸能效率E和理想吸能效率I的计算

3.5 小结

4 泡沫铝的动态实验研究

4.1 引言

4.2 泡沫铝及铝铜合金动态实验

4.3 实验结果与分析

4.4 动静态实验对比

4.4.1 实验现象的描述

4.4.2 泡沫铝芯试件动静态载荷—位移曲线比较

4.4.3 泡沫铝组合试件动静态载荷—位移曲线比较

4.4.4 钢壳的动静态载荷—位移曲线比较

4.5 小结

5 泡沫铝力学行为的数值模拟

5.1 引言

5.2 Ansys／Ls-Dyna软件简介

5.3 基本力学性能

5.4 本构模型

5.5 有限元模型

5.5.1 静态压缩实验分析模型

5.5.2 落锤实验分析模型

5.5.3 数值模拟

5.6 结论

6 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-06

参考文献

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