多轴条件下基于细观结构模型的泡沫金属屈服与破坏行为研究
[Abstract]:Foamed metal has many excellent properties, such as light weight, high specific strength, high energy absorption efficiency and so on. It has a broad application prospect in aerospace, transportation and energy absorption and shock absorption. The foam metal and its composite structure are subjected to complex multiaxial loading conditions, resulting in large deformation and even fracture behavior. Therefore, it is necessary to characterize the yield surface and failure surface of foam metal under multiaxial loading. However, because the data of multiaxial test, especially the multiaxial tensile test, are very few and the data are discrete, the characterization of foam metal yield surface is controversial, and the study on the failure surface of foam metal under multiaxial loading is almost blank. Aiming at these problems, based on 3D Voronoi mesoscopic model, the optimized dimensionless parameters and the verified matrix material parameters are adopted to carry out the numerical simulation experiment of triaxial and equal proportion loading. The yield and failure behaviors of foam metals under multiaxial loading were studied. The effects of relative density, shape irregularity and cell wall thickness distribution on the yield and failure surfaces of foam metals were studied quantitatively. The main contents are as follows: (1) the finite element model of foam metal meso model is established and its rationality is verified. The matrix material parameters were determined according to the uniaxial test of aluminum foam. The dimensionless method is used to study the effects of the parameters such as mass scaling, cell size and type, loading rate on the calculation accuracy and efficiency. The optimized dimensionless parameters are recommended. These parameters have certain reference value for nonlinear numerical analysis of similar Voronoi mesoscopic structures. (2) the initial yield criterion suitable for triaxial loading of foam metals is proposed. Based on the view of energy, considering the influence of different loads under multiaxial loading and the yield condition of uniaxial loading, the dimensionless plastic dissipation work of uniaxial compression yield state (0.2% plastic strain) is selected as the initial yield criterion. The criterion avoids the use of a single equivalent stress or hydrostatic pressure to define the yield state, and determines the initial yield point of multiaxial loading of foam metal more reasonably. (3) Triaxial numerical simulation experiments are carried out. The yield surface characteristics of multiaxial loaded foam metal are studied. Based on the asymmetry of tensile compression of yield surface, a biparameter (uniaxial compression and tensile yield strength) normalization method is proposed. It is found that the normalized yield surface is not affected by relative density. The effects of relative density, shape irregularity and cell wall thickness distribution on the yield surface and normalized yield surface of foam metal were studied quantitatively. (4) the failure surface characteristics of multiaxial loaded foam metal were studied. The failure criterion of peak stress is put forward and the failure surface characterized by stress is studied. The influence of relative density, shape irregularity and cell wall thickness distribution on the failure surface of foam metal is analyzed quantitatively. The effect of triaxiality of stress on the equivalent plastic strain during failure is preliminarily investigated.
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG146.21;TB383.4
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,本文编号:2398301
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