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，勢必有著更為廣泛的應(yīng)用前景。本文采用實驗為主，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)力路徑下的屈服強度、吸能效

2、率、失效模式以及失效機理。研究內(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。主要取得如下重要成果:
　　 對芳綸紙蜂窩（NOMEX蜂窩）進行面外單軸壓縮和10種不同應(yīng)力

3、路徑下的面外壓剪復(fù)合加載實驗基礎(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度及其平臺階段變形模式，基于實驗結(jié)果獲得了芳綸紙蜂窩在壓剪應(yīng)力空間下較完整的實驗初始屈服面，并進一步分析了面內(nèi)方向角對剪切強度、剪切模量以及實驗初始屈服面影響。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、　　 對三種相對密度的泡沫鋁合金進行了準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮、拉伸實驗和壓剪、拉剪復(fù)合加載實驗。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制及其及由此導(dǎo)致的初始屈服強度差異?；趩屋S實驗和復(fù)合加載實驗結(jié)果確定了三種相對密度泡沫鋁合金的在四種加載速度下的實驗屈服面，系統(tǒng)的分析了相對密度、加載速度兩個重要參數(shù)對泡沫鋁合金實驗屈服面的影響。改進了傳統(tǒng)的霍普金森壓桿系統(tǒng)，提出了一種沖擊壓剪復(fù)合加載方法以此來實現(xiàn)對材料的多軸沖擊加載實驗研究

5、?；跀?shù)值仿真結(jié)果驗證了測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。對相對密度15％的泡沫鋁合金進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）壓剪沖擊加載實驗。基于實驗結(jié)果確定了泡沫鋁合金在主應(yīng)力平面下的動態(tài)實驗屈服面。相對于準(zhǔn)靜態(tài)實驗結(jié)果，屈服面有一個明顯的膨脹擴張趨勢。基于一系列實驗結(jié)果提出了一個唯象屈服準(zhǔn)則來描述泡沫金屬的實驗屈服面，模型中進一步量化了材料單軸拉壓不對稱、塑性可壓縮性、相對密度、