基于逆向工程的规则多孔铜力学性能的有限元仿真

发布时间：2023-02-10 15:53

　　金属-气体共晶定向凝固技术可以制备出一种气孔呈圆柱状定向分布于金属基体中的规则多孔金属。这种规则多孔金属不仅具有传统多孔金属密度低、高刚度、减震吸音等性能特点,还具有传统多孔金属所不具备的性能优势,如小的应力集中、各向异性等,因而引起了学界的广泛关注。对于规则多孔金属的力学性能,学界建立了很多模型进行研究,但这些模型都太理想化,会带来很大的误差。有鉴于此,本文以金属-气体共晶定向凝固技术制备的规则多孔铜的力学性能为研究对像,采用逆向工程技术重构出规则多孔铜的三维形貌,并将三维形貌转化为有限元模型进行仿真。探讨了气孔形貌、气孔分布和加载方向对规则多孔铜力学性能的影响,并将仿真结果与理想模型仿真数据和实验数据进行了对比,增强说服力。研究表明:逆向重构模型仿真数据比理想模型仿真数据更吻合真实情况。对于拉伸仿真,在颈缩发生之前和相同应变的情况下,逆向模型所预测的应力值与实验数据几乎相等,而理想模型所预测的应力值比实验数据小了10%。对于压缩仿真,逆向重构模型压缩应力-应变曲线与实验数据吻合良好,而理想模型压缩应力-应变曲线在应变达到0.25后误差急剧增大。不同的气孔形貌对规则多孔铜力学性能的影...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 多孔金属材料概述
    1.2 规则多孔金属材料概述
    1.3 规则多孔金属材料力学性能研究现状
    1.4 规则多孔金属材料仿真研究进展
    1.5 研究背景及内容
        1.5.1 研究背景
        1.5.2 研究内容
第二章 有限元理论及软件概述
    2.1 有限元法非线性分析基本理论
        2.1.1 状态非线性
        2.1.2 材料非线性
        2.1.3 几何非线性
    2.2 逆向工程相关软件概述
    2.3 Hypermesh软件概述
    2.4 ANSYS系列软件概述
    2.5 本章小结
第三章 基于理想模型的有限元仿真
    3.1 理想模型的建立
        3.1.1 理想CAD模型的建立
        3.1.2 网格的划分
    3.2 材料特性设置
        3.2.1 材料拉伸特性设置
        3.2.2 材料压缩特性设置
    3.3 边界条件和载荷的设定
    3.4 基于理想模型的拉伸性能分析
    3.5 基于理想模型的压缩性能分析
    3.6 本章小节
第四章 基于逆向工程的有限元仿真
    4.1 材料的制备
    4.2 规则多孔铜三角面片模型的构建
        4.2.1 获取虚拟图片
        4.2.2 构建面片模型
        4.2.3 修洁面片模型
    4.3 CAD模型的创建
        4.3.1 逆向重构CAD模型的创建
        4.3.2 气孔形貌CAD模型的建立
    4.4 逆向重构和气孔形貌CAD模型的修复
    4.5 逆向重构CAD模型网格划分
    4.6 气孔形貌模型网格划分
    4.7 材料特性设置
    4.8 加载条件和边界条件设置
    4.9 气孔形貌对力学性能的影响
        4.9.1 气孔形貌对拉伸性能的影响
        4.9.2 气孔形貌对压缩性能的影响
    4.10 基于逆向重构模型的力学性能仿真
        4.10.1 基于逆向重构模型的拉伸性能分析
        4.10.2 基于逆向重构模型的压缩性能分析
    4.11 理想和逆向重构模型的对比
    4.12 各向异性机理
    4.13 本章小节
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士期间研究成果目录



本文编号：3739465