基于有限元法模拟泡沫铝力学性能

发布时间：2017-08-18 01:24

  本文关键词：基于有限元法模拟泡沫铝力学性能

  更多相关文章： 泡沫铝 有限元模拟 应力-应变曲线 应变率

【摘要】：多孔材料由于其具有较高比模数和强度,因此被广泛地应用于汽车制造、铁路、航空结构设计等方面。除此之外,多孔材料在压缩变形的过程中应力几乎保持恒定使其吸收能量效率大大提高因此可以用作吸能装置被安装在可能会遭受到高速撞击的构件中用来保护构件在受到高速撞击时其中的乘客及其他构件不受损害。由此可以看出在研究多孔材料的静态力学行为的同时对其动态力学行为的研究也尤为重要,多孔金属材料在高应变率条件下的压缩变形行为以及力学性能的研究具有更为实际的意义。本文根据几何关系式得出泡沫铝模型的相对密度与结构之间的关系建立开孔模型,通过改变应变率的大小,运用有限元数值分析软件ANSYS/LS-DYNA对模型在准静态和动态条件下进行压缩模拟试验,对比不同加载速率下的力学性能曲线,分析其变形机制及应变率效应。结果显示随着应变率的提高杨氏模量和流动应力都提高,密实化应变减小,开孔泡沫铝对应变率较为敏感,准静态压缩过程中应变率敏感度分别为0.106和0.245,动态压缩过程中的应变率敏感度分别为0.416和0.169。选取两组简单立方的开孔泡沫铝模型,即孔径一定相对密度不同的模型和相对密度一定孔径不同的模型,分别对这两组结构参数不同的泡沫铝模型动态力学性能进行模拟研究。通过模拟可知动态压缩时,弹性模量和屈服强度随着相对密度的提高而增大,而随半径的增加而减小,由此可知,小孔径的泡沫铝金属力学性能优于大孔径的泡沫铝金属。针对闭孔泡沫铝在相对密度和孔径一定的条件下运用有限元模拟软件在不同的应变率下进行准静态和动态加载,通过研究其力学性能曲线可知闭孔泡沫铝在准静态条件下的力学性能随应变率的变化不明显,应变率敏感度为0.0017和0.0026;动态压缩时随应变率的上升,弹性模量和屈服应力都提高,应变率敏感度为0.068和0.0135,由此可知闭孔泡沫铝动态压缩时具有较显著的应变率效应。在相对密度一定时分别建立基体材料不同的十四面体模型闭孔模型,即纯铝,铝硅合金和铝镁合金三种材质,在四种应变率下进行压缩试验通过分析其力学性能曲线可知,这三种基体材料的泡沫铝金属的应力-应变曲线无论在准静态还是动态压缩时都具有线弹性,塑性平台和致密化三个阶段,随着应变率的提高,其中塑性材质的纯铝和铝镁合金的平台应力随应变率的上升而明显升高应变率敏感度分别为0.273,0.431和0.479,0.404,脆性材质的铝硅合金的流动应力则改变较小应变率敏感度分别为0.0956和0.0955,其中铝镁合金的弹性模量和屈服应力明显高于纯铝和铝硅合金,说明泡沫金属的应变率敏感性不仅与局部化,微观惯性和致密性有关,同时基体材料也是影响其的主要因素。
【关键词】：泡沫铝 有限元模拟 应力-应变曲线 应变率
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 多孔材料的概述11-14
• 1.2.1 多孔材料的分类11
• 1.2.2 多孔材料的基本结构参数11-12
• 1.2.3 多孔材料的性能12-14
• 1.3 多孔材料的应用14
• 1.4 国内外的研究进展14-17
• 1.4.1 数值模拟模型研究进展14-15
• 1.4.2 国外力学性能的研究进展15-16
• 1.4.3 国内力学性能的研究进展16-17
• 1.5 研究意义及研究内容17-18
• 1.5.1 研究意义17
• 1.5.2 研究内容17-18
• 第二章 有限元模拟理论基础及方法18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 有限元软件ANSYS介绍18-20
• 2.2.1 有限元方法概况18
• 2.2.2 有限元法的提出及原理18-20
• 2.3 有限元分析的内容和作用20
• 2.4 ANSYS功能介绍及计算基本流程20-23
• 2.4.1 ANSYS功能介绍20-21
• 2.4.2 ANSYS计算方法21-22
• 2.4.3 ANSYS模拟的基本流程22-23
• 2.5 模拟流程23-26
• 2.5.1 建立模型23-24
• 2.5.2 定义材料参数24-25
• 2.5.3 网格划分和边界条件25
• 2.5.4 定义接触面25
• 2.5.5 算法类型和摩擦类型选择25-26
• 2.5.6 求解26
• 2.6 模型几何参数的计算26-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第三章 开孔泡沫铝力学性能的有限元模拟结果分析28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 加载速率对泡沫铝力学性能的影响28-35
• 3.2.1 压缩结果分析28-32
• 3.2.2 应力-应变曲线分析32
• 3.2.3 应变率效应分析32-35
• 3.3 结构参数对泡沫铝力学性能的影响35-41
• 3.3.1 相对密度对泡沫铝力学性能影响模拟结果分析35-38
• 3.3.3 孔径对泡沫铝力学性能影响模拟结果分析38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 闭孔泡沫铝力学性能的有限元模拟结果分析42-60
• 4.1 引言42
• 4.2 加载速率对泡沫铝力学性能的影响42-48
• 4.2.1 压缩结果分析42-46
• 4.2.2 应力-应变曲线分析46
• 4.2.3 应变率效应分析46-48
• 4.3 基体材料对泡沫铝力学性能的影响48-58
• 4.3.1 压缩结果分析49-56
• 4.3.2 应力-应变曲线分析56-57
• 4.3.3 应变率效应分析57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 攻读学位期间发表的学术论文目录68-69

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本文编号：692048