复杂应力状态/动态压缩下的泡沫金属本构模型
发布时间：2021-11-28 04:04
多胞材料是一种内部含有大量空隙并由一定的胞结构组成的孔穴组合体。由于复杂细观结构的存在,多胞材料具有明显的多尺度特征。泡沫金属是一类以金属为基体制造的多胞材料,具有高比刚度和高比强度的性能,由于其良好的能量吸收能力,在冲击能量吸收领域拥有广泛的应用。泡沫金属在工程应用中作为缓冲的吸能材料,受到的载荷较为复杂,且多为动态载荷。因此,了解其在复杂应力状态和动态冲击下的本构行为很有必要。泡沫金属存在着宏观可见的孔洞,对于这种非均匀、非连续介质能否当成宏观上的均匀、连续介质材料来简化处理尚有疑问。泡沫金属由于其塑性体积可压缩性,在静水压力下可以发生屈服,这与致密金属非常不同。因此,传统的金属塑性理论未能拓展到泡沫金属。而在动态加载下泡沫金属的变形模式会发生转变,由准静态的随机剪切带模式转变为动态加载下典型的逐层压溃模式。因此,泡沫金属在复杂应力状态和动态冲击下的本构行为的研究存在诸多难点。为了描述多胞材料的屈服面,学者们提出了von Mises等效应力σe和平均应力σm之间关系的一些形式。Deshpande和Fleck提出的自相似各向同性本构模型,因其简单,仅含有两个参数（椭圆率α和单轴屈服应...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１自然界中的多胞材料??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｅｌｌｕｌａｒ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｎａｔｕｒｅ．??
器的吸能部件应用于缓冲抗冲击领域。泡沫金属在单轴压缩下的应力－应变关系??为典型的三段式［５］，较短的弹性段、很长的应力不变的平台段以及快速硬化压??实段，如图１．３所示。众多的学者对常见的泡沫金属的复合结构如泡沫金属夹芯??板、泡沫金属填充管等进行了研究［６－２２］，发现在合理的填充方案下，填充了泡??沫金属的复合结构有着更优的力学性能。在对复合结构研宄的基础上，泡沫金属??复合结构己经成功的应用到各行各业。例如，图１．４为泡沫金属三明治夹层构件??在ＡＦＳ空间部件Ａｒｉａｎｅ?５?ｃｏｎｅ?３９３６的应用［２３］，图１．５为泡沫金属复合构件在奥??迪Ａ８汽车上的应用［２４］。??－２－??
的方式形成孔洞，该方法成功制备出了泡沬金属材料，随后衍生了各种制备方法。??在传统的制备泡沫金属材料的工艺中，按照成型方式主要分为固态成型和液态成??型法，典型泡沫金属的制备方法如图１．６所示。其中固态成型主要有粉末冶金法??和纤维烧结法，液态成型主要有熔体发泡法、气体注入法和渗流铸造法等［１，２６］。??早期文献中常见的闭孔泡沫铝“Ａｌｐｏｒａｓ”是以ＴｉＨ２作起泡剂采用发泡法制备，而??开孔泡沫铝“Ｄｕｏｃｅｌ”则是采用泡沫塑料为模具铸造法制备［２７］。??／?＼?（／－？?１?？〇（?？ｎｃ４?ｎｏｗ?？？〇？〇？?ｃｅｔｉ?？ｏｕ＞??（ａ）?一??丨?二二?１?一＇?一??ｉ：?〇一??－二二－一懷丨?咖?ｒｒ?Ｕ??Ｊ?＝三■?，?ｊ｜??（ｂ）?丨―??蒙ｉ??Ｔｔｉ？ｃｋ．ｎ＊ｎ〇?Ｆｏｒｍｉｎｇ?〇〇？＊？＂〇?Ｆｏ？ｍ．ｄ?Ｓｌｉｃｉｎｇ?Ｍｖ＜—－咖狀??Ｂｌｏｃｋ?？ＣＨＫＨＸｔ．ｐｎＫ＊Ｍｉ??图１．６泡沫金属常见制备工艺（ａ）气体注入法（ｂ）发泡法（ｃ）熔模铸造法??Ｆｉｇ．?１．６?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｆｏａｍ?ｍｅｔａｌ?（ａ）?ｇａｓ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ?（ｂ）?ｂｌｏｗｉｎｇ?ａｇｅｎｔｓ?ａｎｄ?（ｃ）??ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ．??尽管多年来，工业制备多胞材料的工艺在不断地发展改善，已经制造出细观??结构更丰富、微缺陷更少、性能更稳定、成本更低的泡沫金属材料。但仍存在着??许多问题，例如如何控制胞元形状以及孔径的分布，如何更好地控制试样的分散??性和可重复性等。如今
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭孔泡沫铝动态材料参数的实验研究[J]. 黄苏南,丁圆圆,王士龙,何思渊,郑志军. 实验力学. 2018(06)
[2]多胞材料的动态应力应变状态及其一致近似关系[J]. 王鹏,朱长锋,郑志军,虞吉林. 爆炸与冲击. 2019(01)
[3]Strain-rate effect on initial crush stress of irregular honeycomb under dynamic loading and its deformation mechanism[J]. Peng Wang,Zhijun Zheng,Shenfei Liao,Jilin Yu. Acta Mechanica Sinica. 2018(01)
[4]基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究[J]. 徐松林,王鹏飞,赵坚,胡时胜. 爆炸与冲击. 2017(02)
[5]多胞牺牲层的抗爆炸分析[J]. 丁圆圆,王士龙,郑志军,杨黎明,虞吉林. 力学学报. 2014(06)
[6]泡沫金属的微惯性效应和动态塑性泊松比[J]. 王长峰,郑志军,虞吉林. 爆炸与冲击. 2014(05)
[7]闭孔泡沫金属变形模式的有限元分析[J]. 李妍妍,郑志军,王长峰. 爆炸与冲击. 2014(04)
[8]围压与温度共同作用下盐岩的SHPB实验及数值分析[J]. 方秦,阮征,翟超辰,姜锡权,陈力,方文敏. 岩石力学与工程学报. 2012(09)
[9]冲击条件下泡沫铝的细观变形特征分析[J]. 杨宝,汤立群,刘逸平,黄小清,刘泽佳,张纯禹,魏志强. 爆炸与冲击. 2012(04)
[10]中高孔隙率泡沫金属材料常数的细观统计特性与拉伸本构关系[J]. 韩春光,汤立群,黄小清. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(10)
博士论文
[1]多胞材料动静态力学性能的多尺度分析和表征[D]. 王士龙.中国科学技术大学 2017
[2]泡沫金属的动态压溃模型和率敏感性分析[D]. 王长峰.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]泡沫金属的细观结构特征与建模及其动静态仿真分析[D]. 马荣鑫.华南理工大学 2012
本文编号：3523666
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１自然界中的多胞材料??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｅｌｌｕｌａｒ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｎａｔｕｒｅ．??
器的吸能部件应用于缓冲抗冲击领域。泡沫金属在单轴压缩下的应力－应变关系??为典型的三段式［５］，较短的弹性段、很长的应力不变的平台段以及快速硬化压??实段，如图１．３所示。众多的学者对常见的泡沫金属的复合结构如泡沫金属夹芯??板、泡沫金属填充管等进行了研究［６－２２］，发现在合理的填充方案下，填充了泡??沫金属的复合结构有着更优的力学性能。在对复合结构研宄的基础上，泡沫金属??复合结构己经成功的应用到各行各业。例如，图１．４为泡沫金属三明治夹层构件??在ＡＦＳ空间部件Ａｒｉａｎｅ?５?ｃｏｎｅ?３９３６的应用［２３］，图１．５为泡沫金属复合构件在奥??迪Ａ８汽车上的应用［２４］。??－２－??
的方式形成孔洞，该方法成功制备出了泡沬金属材料，随后衍生了各种制备方法。??在传统的制备泡沫金属材料的工艺中，按照成型方式主要分为固态成型和液态成??型法，典型泡沫金属的制备方法如图１．６所示。其中固态成型主要有粉末冶金法??和纤维烧结法，液态成型主要有熔体发泡法、气体注入法和渗流铸造法等［１，２６］。??早期文献中常见的闭孔泡沫铝“Ａｌｐｏｒａｓ”是以ＴｉＨ２作起泡剂采用发泡法制备，而??开孔泡沫铝“Ｄｕｏｃｅｌ”则是采用泡沫塑料为模具铸造法制备［２７］。??／?＼?（／－？?１?？〇（?？ｎｃ４?ｎｏｗ?？？〇？〇？?ｃｅｔｉ?？ｏｕ＞??（ａ）?一??丨?二二?１?一＇?一??ｉ：?〇一??－二二－一懷丨?咖?ｒｒ?Ｕ??Ｊ?＝三■?，?ｊ｜??（ｂ）?丨―??蒙ｉ??Ｔｔｉ？ｃｋ．ｎ＊ｎ〇?Ｆｏｒｍｉｎｇ?〇〇？＊？＂〇?Ｆｏ？ｍ．ｄ?Ｓｌｉｃｉｎｇ?Ｍｖ＜—－咖狀??Ｂｌｏｃｋ?？ＣＨＫＨＸｔ．ｐｎＫ＊Ｍｉ??图１．６泡沫金属常见制备工艺（ａ）气体注入法（ｂ）发泡法（ｃ）熔模铸造法??Ｆｉｇ．?１．６?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｆｏａｍ?ｍｅｔａｌ?（ａ）?ｇａｓ?ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ?（ｂ）?ｂｌｏｗｉｎｇ?ａｇｅｎｔｓ?ａｎｄ?（ｃ）??ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ．??尽管多年来，工业制备多胞材料的工艺在不断地发展改善，已经制造出细观??结构更丰富、微缺陷更少、性能更稳定、成本更低的泡沫金属材料。但仍存在着??许多问题，例如如何控制胞元形状以及孔径的分布，如何更好地控制试样的分散??性和可重复性等。如今
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭孔泡沫铝动态材料参数的实验研究[J]. 黄苏南,丁圆圆,王士龙,何思渊,郑志军. 实验力学. 2018(06)
[2]多胞材料的动态应力应变状态及其一致近似关系[J]. 王鹏,朱长锋,郑志军,虞吉林. 爆炸与冲击. 2019(01)
[3]Strain-rate effect on initial crush stress of irregular honeycomb under dynamic loading and its deformation mechanism[J]. Peng Wang,Zhijun Zheng,Shenfei Liao,Jilin Yu. Acta Mechanica Sinica. 2018(01)
[4]基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究[J]. 徐松林,王鹏飞,赵坚,胡时胜. 爆炸与冲击. 2017(02)
[5]多胞牺牲层的抗爆炸分析[J]. 丁圆圆,王士龙,郑志军,杨黎明,虞吉林. 力学学报. 2014(06)
[6]泡沫金属的微惯性效应和动态塑性泊松比[J]. 王长峰,郑志军,虞吉林. 爆炸与冲击. 2014(05)
[7]闭孔泡沫金属变形模式的有限元分析[J]. 李妍妍,郑志军,王长峰. 爆炸与冲击. 2014(04)
[8]围压与温度共同作用下盐岩的SHPB实验及数值分析[J]. 方秦,阮征,翟超辰,姜锡权,陈力,方文敏. 岩石力学与工程学报. 2012(09)
[9]冲击条件下泡沫铝的细观变形特征分析[J]. 杨宝,汤立群,刘逸平,黄小清,刘泽佳,张纯禹,魏志强. 爆炸与冲击. 2012(04)
[10]中高孔隙率泡沫金属材料常数的细观统计特性与拉伸本构关系[J]. 韩春光,汤立群,黄小清. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(10)
博士论文
[1]多胞材料动静态力学性能的多尺度分析和表征[D]. 王士龙.中国科学技术大学 2017
[2]泡沫金属的动态压溃模型和率敏感性分析[D]. 王长峰.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]泡沫金属的细观结构特征与建模及其动静态仿真分析[D]. 马荣鑫.华南理工大学 2012
本文编号：3523666
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