泡沫铝合金尺寸效应及屈服行为研究

发布时间：2022-07-20 17:59

　　泡沫铝合金作为一种轻质材料,具有高比刚度、高比强度、吸能降噪等优异的力学性能和物理特性,广泛应用于航空航天、交通运输、安全防护等行业。由于泡沫铝合金材料服役工况的多样性和复杂性,无论是实际工程中的应用,还是针对材料进行的优化设计,都需要对其力学性能进行深入地研究。本文采用实验研究和有限元数值模拟计算相结合的方式,对泡沫铝合金试样尺寸对其力学行为的影响进行了研究。同时,对泡沫铝合金材料进行了简单应力状态和复杂应力状态加载实验,得到了泡沫铝合金的实验屈服轨迹,结合理论分析,提出了一个适用于泡沫铝合金材料的初始屈服准则,并基于此建立了针对体积可压缩固体相对密度相关的宏观唯象本构方程,通过与实验结果对比验证了所建立唯象本构方程的有效性。为了探究泡沫铝合金试样尺寸对试样力学性能的影响以及能够表征泡沫铝合金材料性能的最小试样尺寸,本文首先建立了3D Voronoi有限元随机模型,通过理论分析和实验研究对建立的模型和数值计算过程的有效性和合理性进行了验证。通过数值计算的方式探究了泡沫铝合金材料在准静态单轴压缩、剪切和弯曲三种不同工况下力学性能的试样尺寸效应,并将实验结果与模拟结果进行了对比。对三种不... 

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 多胞金属材料概述
    1.3 多胞材料力学性能的尺寸效应研究现状
        1.3.1 单轴压缩或拉伸载荷下的尺寸效应
        1.3.2 剪切和弯曲载荷下的尺寸效应
        1.3.3 压入载荷下的尺寸效应
        1.3.4 类缺陷结构尺寸对材料性能的影响
    1.4 多轴加载实验技术研究现状
        1.4.1 双轴压缩、三轴压缩、双轴拉伸实验技术
        1.4.2 压缩(拉伸)-剪切复合加载实验技术
    1.5 泡沫材料本构关系研究
        1.5.1 静水压相关双变量准则
        1.5.2 考虑应力偏张量第三不变量3J的静水压相关屈服准则研究
    1.6 本文主要研究工作
第二章 泡沫铝合金的试样尺寸效应
    2.1 3D Voronoi随机模型
        2.1.1 3D Voronoi有限元模型的建立
        2.1.2 3D Voronoi有限元随机模型有效性及合理性验证
    2.2 单轴压缩载荷下计算结果及分析
        2.2.1 有限元模拟计算结果
        2.2.2 摩擦系数的影响
        2.2.3 计算结果分析
        2.2.4 统计学分析
    2.3 剪切载荷下计算结果及分析
        2.3.1 有限元模拟计算结果
        2.3.2 计算结果分析
    2.4 弯曲载荷下计算结果及分析
        2.4.1 有限元模拟计算结果
        2.4.2 计算结果分析
    2.5 本章小结
第三章 不同应力状态下泡沫铝合金屈服行为的实验研究
    3.1 实验材料
    3.2简单应力状态实验
    3.3压缩-剪切复合加载实验
        3.3.1 压缩-剪切复合加载实验装置
        3.3.2 压缩-剪切复合加载实验结果分析
    3.4三轴围压加载实验
        3.4.1 三轴围压实验装置
        3.4.2 实验结果及分析
    3.5 泡沫铝合金屈服准则的建立
        3.5.1 材料初始屈服点的定义
        3.5.2 已有理论屈服准则与实验结果的对比
        3.5.3 考虑应力偏张量第三不变量3J的屈服准则
    3.6 本章小结
第四章 泡沫铝合金宏观唯象本构关系研究
    4.1 一维率无关体积不可压缩固体弹-塑性本构
    4.2 基于特征应力和特征应变的泡沫铝合金唯象本构关系
        4.2.1 特征应力和特征应变
        4.2.2 单轴压缩加载下材料的硬化行为
        4.2.3 泡沫铝合金宏观唯象本构模型的构建
    4.3 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表学术论文
博士学位论文独创性声明


【参考文献】：
期刊论文
[1]真三轴静载作用下混凝土的动态力学性能研究[J]. 徐松林,王鹏飞,单俊芳,张鸣,周李姜.  振动与冲击. 2018(15)
[2]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)
[3]花岗岩动静态压剪复合加载实验研究[J]. 章超,徐松林,王道荣,胡时胜,周李姜.  固体力学学报. 2014(02)
[4]泡沫铝合金动态弹塑性本构关系的研究(英文)[J]. 王志华,敬霖,赵隆茂.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(03)
[5]压实黏土的三轴拉伸特性试验研究[J]. 张琰,张丙印,孙逊,李广信.  水力发电学报. 2010(06)
[6]混凝土在双向应力状态下的力学特性研究[J]. 王有凯,徐秋丽,张素华.  路基工程. 2009(05)
[7]一种新型真三轴仪的研制与开发[J]. 邵生俊,罗爱忠,邓国华,潘德勇.  岩土工程学报. 2009(08)
[8]岩石双轴压缩试验及装置研究进展[J]. 张庆,侯爱军,贠小有,杨小林.  河南理工大学学报(自然科学版). 2007(04)
[9]一种新的高应变率复合压剪实验技术[J]. 崔云霄,卢芳云,林玉亮,陈军,谭多望.  实验力学. 2006(05)
[10]膜结构双轴拉伸试验机的研制与开发[J]. 陈鲁,李阳,张其林,杨宗林.  科学技术与工程. 2006(01)

硕士论文
[1]多胞金属材料的动态力学性能及屈服行为研究[D]. 张越.太原理工大学 2015
[2]泡沫铝质材料屈服行为的数值研究[D]. 竺汝彬.华中科技大学 2008
[3]新型土工三轴仪测控系统的基本研究[D]. 裴经旻.大连理工大学 2003



本文编号：3664478