泡沫鋁合金與芳綸紙蜂窩的屈服行為研究.pdf

1、多胞材料以其輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比高度、良好的電磁屏蔽、高的抗沖擊吸能效率等優(yōu)異物理特性在航空航天、鐵道車輛、汽車、軍事、建筑及包裝等工業(yè)前沿領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。而這類材料在單軸和多軸加載條件下的力學(xué)行為已引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界極大關(guān)注。多胞材料兼具功能材料和結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)異特性，勢(shì)必有著更為廣泛的應(yīng)用前景。本文采用實(shí)驗(yàn)為主，理論分析和數(shù)值仿真相結(jié)合的方法系統(tǒng)研究了兩類多胞材料（蜂窩材料和泡沫材料）在單軸和多軸應(yīng)力路徑下的屈服強(qiáng)度、吸能效

2、率、失效模式以及失效機(jī)理。研究?jī)?nèi)容主要包含以下幾方面:(1)芳綸紙蜂窩(NOMEX)單軸壓縮和不同壓剪復(fù)合加載條件下的屈服強(qiáng)度及其失效模式。(2)泡沫鋁合金在準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮、拉伸和壓剪、拉剪復(fù)合加載條件下泡沫鋁合金的屈服強(qiáng)度及其失效模式。(3)在壓剪沖擊加載條件下泡沫鋁合金的屈服強(qiáng)度及其吸能效率。(4)兩類多胞材料的屈服準(zhǔn)則及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要取得如下重要成果:
　　 對(duì)芳綸紙蜂窩（NOMEX蜂窩）進(jìn)行面外單軸壓縮和10種不同應(yīng)力

3、路徑下的面外壓剪復(fù)合加載實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定了芳綸紙蜂窩面內(nèi)等效剪切模量、等效剪切強(qiáng)度上下限值及其比值關(guān)系。深入研究了芳綸紙蜂窩在不同應(yīng)力路徑下的初始屈服強(qiáng)度及其平臺(tái)階段變形模式，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得了芳綸紙蜂窩在壓剪應(yīng)力空間下較完整的實(shí)驗(yàn)初始屈服面，并進(jìn)一步分析了面內(nèi)方向角對(duì)剪切強(qiáng)度、剪切模量以及實(shí)驗(yàn)初始屈服面影響。最后把面內(nèi)方向角作為材料特征參數(shù)引入本構(gòu)模型中，并驗(yàn)證了包含面內(nèi)方向角參數(shù)的屈服準(zhǔn)則可以量化蜂窩材料各向異性的屈服行為。

4、　　 對(duì)三種相對(duì)密度的泡沫鋁合金進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮、拉伸實(shí)驗(yàn)和壓剪、拉剪復(fù)合加載實(shí)驗(yàn)。深入比較了泡沫鋁合金在單軸拉伸、壓縮條件下的屈服失效機(jī)制及其及由此導(dǎo)致的初始屈服強(qiáng)度差異?；趩屋S實(shí)驗(yàn)和復(fù)合加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了三種相對(duì)密度泡沫鋁合金的在四種加載速度下的實(shí)驗(yàn)屈服面，系統(tǒng)的分析了相對(duì)密度、加載速度兩個(gè)重要參數(shù)對(duì)泡沫鋁合金實(shí)驗(yàn)屈服面的影響。改進(jìn)了傳統(tǒng)的霍普金森壓桿系統(tǒng)，提出了一種沖擊壓剪復(fù)合加載方法以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的多軸沖擊加載實(shí)驗(yàn)研究

5、?；跀?shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了測(cè)試裝置的可靠性并提出了沖擊壓剪復(fù)合加載裝置數(shù)據(jù)處理的基本方法。對(duì)相對(duì)密度15％的泡沫鋁合金進(jìn)行了沖擊速度大約為10m/s的7種應(yīng)力路徑（加載角0到60）壓剪沖擊加載實(shí)驗(yàn)?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果確定了泡沫鋁合金在主應(yīng)力平面下的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)屈服面。相對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，屈服面有一個(gè)明顯的膨脹擴(kuò)張趨勢(shì)。基于一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了一個(gè)唯象屈服準(zhǔn)則來(lái)描述泡沫金屬的實(shí)驗(yàn)屈服面，模型中進(jìn)一步量化了材料單軸拉壓不對(duì)稱、塑性可壓縮性、相對(duì)密度、