空心球-Al合金復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及損傷破壞特性研究.pdf

1、空心球/Al合金材料是一種具有低密度、較高屈服強(qiáng)度以及良好緩沖吸能效果的新型復(fù)合材料。在工程應(yīng)用中，該類(lèi)材料主要用于承受動(dòng)態(tài)載荷。由于材料內(nèi)部的空心結(jié)構(gòu)以及空心球較高的破壞強(qiáng)度，因此該類(lèi)材料在動(dòng)態(tài)加載過(guò)程中能夠吸收較多的能量，有效減少動(dòng)態(tài)載荷帶來(lái)的危害。因此對(duì)該類(lèi)材料在動(dòng)態(tài)載荷下的力學(xué)行為及材料破壞模式的研究具有非常重要的意義。本文針對(duì)空心球/2024Al合金和空心球/6061Al合金兩種復(fù)合材料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、緩沖吸能特性、復(fù)合材

2、料內(nèi)部空心球的損傷破碎特性等方面的研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?、爬脤?shí)驗(yàn)室自制的PVDF壓電計(jì)，對(duì)空心球/Al合金復(fù)合材料在動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力均勻性進(jìn)行測(cè)試以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性；利用分離式霍普金森壓桿對(duì)空心球/2024Al合金復(fù)合材料和空心球/6061Al合金復(fù)合材料及其基體合金進(jìn)行了不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，獲取不同加載應(yīng)變率下空心球/Al合金復(fù)合材料及其基體合金的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。
　?、评脪呙桦娮语@微鏡對(duì)不同應(yīng)變

3、率壓縮后的回收試樣的斷口形貌及復(fù)合材料內(nèi)部空心球的破壞情況進(jìn)行了觀(guān)察，并對(duì)復(fù)合材料內(nèi)部空心球的破壞模式和損傷演化規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)壓縮初期沿空心球經(jīng)線(xiàn)方向產(chǎn)生裂紋，后期逐漸過(guò)渡到沿空心球赤道方向產(chǎn)生裂紋并最終崩塌。
　?、抢梅蛛x式霍普金森壓桿對(duì)普通開(kāi)孔泡沫鋁材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，比較了相同沖擊速度下空心球/Al合金復(fù)合材料和泡沫鋁材料的能量吸收能力和能量吸收率，發(fā)現(xiàn)空心球/Al合金復(fù)合材料具有良好的緩沖吸能效果；對(duì)由空心球

4、/Al合金復(fù)合材料作緩沖層的復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)力波傳播特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。
　　⑷利用ANSYS有限元軟件建立了復(fù)合材料的單胞模型，并利用LS-DYNA顯式有限元分析軟件對(duì)單胞模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮下的數(shù)值模擬，利用數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)動(dòng)態(tài)壓縮下空心球的損傷模式進(jìn)行研究，數(shù)值模擬結(jié)果與掃描電鏡結(jié)果吻合較好；利用單胞模型構(gòu)建空心球/Al合金的近似結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮數(shù)值模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料內(nèi)部單個(gè)空心球的損傷破壞特性與單胞模型的數(shù)值模擬