多胞金属材料的动态力学性能及屈服行为研究

发布时间：2017-08-26 11:00

  本文关键词：多胞金属材料的动态力学性能及屈服行为研究

  更多相关文章： 多胞金属材料 SHPB 相对密度 应变率 本构模型 多轴加载 屈服准则

【摘要】：由于多胞金属材料优异的力学性能及物理性能，例如质量轻、高比刚度、高比强度、缓冲吸能及电磁屏蔽等，常被作为一种承载材料或与其它材料组成多层复合结构被广泛应用于航空航天、轨道车辆、建筑等工业领域。由于多胞金属材料服役工况的复杂性，无论是其工业优化设计，还是其在工程中的实际应用，都需要深入研究其力学性能，尤其是动态力学性能和在复杂应力状态下的屈服失效行为。本文采用实验研究与理论分析相结合的方法，研究了中等相对密度固体中的多孔铜合金及多孔铁合金在动态载荷下的力学行为，以及低相对密度固体中的泡沫铝合金在准静态单轴载荷和三轴复合加载条件下的屈服行为。 利用分离式霍普金森压杆实验装置（SHPB）对多孔铜合金和多孔铁合金进行动态加载实验，得到了两种多孔金属材料在应变率102s-1~103s-1下的应力-应变曲线。分析了材料的相对密度和应变率对于材料压缩屈服强度的影响。同时，提出了一个能够描述这两种多孔金属材料的动态力学性能的多参数本构方程，分析了模型参数与材料的相对密度之间的关系。 对三种相对密度（10%，15%，20%）的泡沫铝合金进行了准静态单轴压缩、拉伸加载实验和准静态三轴围压加载实验。比较和分析了泡沫铝合金处于单向应力状态时，压缩载荷下与拉伸载荷下材料变形失效机制的不同，及由此导致的材料不对称的单轴压缩拉伸屈服强度。根据单轴压缩和拉伸实验及三轴围压加载实验的结果获得了不同相对密度泡沫铝合金在准静态载荷下的实验屈服面。同时，分析了相对密度对于泡沫铝合金准静态实验屈服面形状的影响。 研究取得以下五方面的成果：（1）实验结果表明，多孔铜合金和多孔铁合金均存在明显的应变硬化效应，同时材料应力-应变曲线的屈服平台阶段与密实化阶段没有明显的界限。（2）多孔铜合金和多孔铁合金的相对密度和应变率对于材料的压缩屈服强度有显著的影响，材料的相对密度越大，其屈服强度越大，而且材料的屈服强度随着应变率的提高而增大。（3）提出了一个能够描述多孔铜合金和多孔铁合金动态力学性能的多参数本构方程，，分析了模型参数与材料的初始相对密度之间的关系，通过对比模型预测结果和实验结果对本构模型的有效性进行了验证。（4）将三种相对密度泡沫铝合金的准静态实验屈服面与Gibson屈服准则、Deshpande-Fleck屈服准则及Miller屈服准则三个屈服准则进行了对比。结果显示材料的实验屈服面与现有的三个屈服准则基本吻合，由于Miller屈服准则充分考虑了泡沫材料不对称的单轴拉压屈服强度，材料的实验屈服面与之吻合较好。（5）通过将材料的屈服应力点进行标准化，可以得出在本文研究的相对密度范围内（10%~20%），相对密度对于泡沫铝合金准静态下的实验屈服面形状没有明显的影响。
【关键词】：多胞金属材料 SHPB 相对密度 应变率 本构模型 多轴加载 屈服准则
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG113.25
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 多胞固体材料概述11-12
• 1.3 多孔金属材料力学性能研究现状12-16
• 1.4 泡沫材料力学性能的研究现状16-23
• 1.5 本文主要研究工作23-24
• 第二章 多孔金属材料在高应变率下力学性能的研究24-40
• 2.0 实验材料24-25
• 2.1 准静态压缩实验25
• 2.2 动态实验25-31
• 2.2.1 实验装置25-30
• 2.2.2 实验结果及分析30-31
• 2.3 本构方程31-39
• 2.3.1 多孔铜合金的本构方程参数33-35
• 2.3.2 多孔铁合金的本构方程参数35-37
• 2.3.3 模型预测结果与实验结果的对比37-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 泡沫铝合金在准静态载荷下屈服行为的研究40-58
• 3.1 实验材料40
• 3.2 单轴加载实验40-44
• 3.2.1 单轴压缩实验41
• 3.2.2 单轴拉伸实验41-43
• 3.2.3 单轴加载实验结果分析43-44
• 3.3 三轴压缩实验44-57
• 3.3.1 三轴压缩实验试件与装置45-47
• 3.3.2 三轴围压实验结果47-48
• 3.3.3 理论屈服准则和实验屈服面的比较48-53
• 3.3.4 摩擦力对于实验结果的影响53-57
• 3.3.5 材料相对密度对于屈服面形状的影响57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 全文总结及工作展望58-60
• 4.1 全文总结58-59
• 4.2 工作展望59-60
• 参考文献60-68
• 致谢68-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70

【参考文献】

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1 胡时胜,王悟,潘艺,周t

本文编号：741167