金属材料压缩曲线三参数模型及应用

利用工程材料手册中现有的金属材料拉伸应力－应变曲线及参数,通过以三参数形式表示的真实应力－自然应变关系曲线,导出了压缩应力－应变关系曲线三参数模型,并应用于金属蜂窝夹芯板弹塑性屈曲分析。同时进行了蜂窝夹芯板弹塑性屈曲实验研究。分析对比表明,理论分析结果与实验结果吻合得很好。最后讨论说明在进行金属构件弹塑性稳定分析时,应用压缩应力－应变曲线求解比用拉伸应力－应变曲线分析求解更合理。     

冲击波在泡沫金属材料中传播特性的研究

泡沫金属材料由于其较长的应力平台能吸收较多的能量,在结构耐撞性设计中有广泛的应用,然而实验研究表明当承受强冲击载荷时,泡沫金属材料中可能发生应力增强现象,从而对被保护物造成较严重的损伤.应用二维弹塑性质量-弹簧-连杆模型对这一现象进行了系统研究.给出了泡沫金属的本构关系及其加、卸载准则,建立了非线性动力平衡方程,采用显式积分算法对压缩冲击波在铝泡沫材料中的传播特征进行了模拟,并考察了铝泡沫材料非均匀性对冲击波传播特性的影响.结果表明,在较低的脉冲载荷下,铝泡沫材料通过其胞壁的渐进坍塌耗散大量的能量,从而减缓被保护物所受的冲击.当脉冲载荷达到一定强度时,在铝泡沫材料中应力传递可能会出现增强现象,特别是在局部非均匀泡沫材料中,会产生相当高的峰值应力.压缩冲击波在铝泡沫材料中的传播特征及其所产生的峰值应力的大小和位置与铝泡沫材料特性、脉冲载荷强度、载荷作用时间以及材料的不均匀程度等因素密切相关.本研究可为泡沫金属材料用于防护装置中的可靠性分析提供一定依据.     

开孔泡沫金属动态力学性能及能量特性

泡沫金属材料在防护吸能领域有着重要的应用前景,深入研究泡沫金属及其相关结构的冲击力学性能十分必要。通过Φ50 mm的分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置对开孔泡沫金属Fe、Ni、Fe-Ni合金(50 mm×10 mm)进行动态冲击试验。试验分析了应变和应变率对其力学性能及吸能特性的影响,通过对其峰值应力、波动应力、理想吸能效率等参数的对比分析多种冲击速度下不同泡沫金属材料的抗压强度与吸能性,为建筑、航天等工程的使用提供理论基础。研究结果表明：高冲击速度下峰值应力增大且Fe-Ni合金抗压强度最高,不同材料泡沫金属均存在波动应力且压密阶段时间各不相同。应变率介于600～1 150时泡沫金属Ni吸能性最优,该区间外Fe-Ni合金更优。当应变率大于1 000时,Fe-Ni合金理想吸能效率增幅较大,相较于700时提高了48%、为最优理想吸能材料。     

泡沫铝芯体夹层板的抗侵彻性能试验研究

本文研究了不同冲击速度下泡沫铝芯体夹层板的动态压缩应力-应变响应特性和抗侵彻性能。试验结果表明:泡沫铝夹层板的动态应力应变曲线也具有泡沫材料的应力应变曲线的"三阶段"特征(elastic region,collapse region and densification region)。泡沫铝芯体夹层板与泡沫铝相比,具有更高的屈服极限和更好的缓冲吸能特性。     

磁介质吸波剂/多孔金属材料吸波性能

为了研究磁介质吸波剂/多孔金属材料吸波性能,在泡沫铝合金表面涂覆了Ni-Zn铁氧体(CFe)、羰基镍粉(CNi)以及二者的复合粉,利用GJB 2038—94"雷达吸波材料反射率测试方法"中的雷达截面(RCS)法对该材料的微波反射率进行了测量.结果表明,在12～18GHz频段内,复合磁介质吸波剂/泡沫铝材料吸波性能介于单一吸波剂样品CFe与CNi之间;在26.5～40 GHz频段内,羰基镍质量分数为40%的泡沫铝复合材料吸波性能最好,当其质量分数大于40%时,材料吸波性能逐渐降低.因此,在泡沫铝合金表面涂覆适当比例的Ni-Zn铁氧体与羰基镍复合粉,可以进一步改善材料的吸波性能.     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

泡沫铝填充钢管横向压缩吸能特性试验

为了解填充泡沫铝对钢管吸收能量的影响及其能量吸收特性,通过试验方法研究了单个空钢管与泡沫铝填充钢管的准静态横向压缩性能及吸能特性。研究结果显示:空钢管在横向压缩作用下,其名义应力应变曲线关系与多孔金属材料比较相似。相同壁厚的钢管在横向压缩下,管径越大,其名义屈服应力越小,平台段越长。填充泡沫铝能改变其变形机制,提高钢管在横向压缩下的屈服应力值,较大地提高其能量吸收性能。泡沫铝密度对这种性能的提高影响较小,而钢管的直径对其影响较大。     

硅橡胶填充多孔金属材料静态压缩力学行为研究

对两种有硅橡胶填充的多孔金属材料进行了单向压缩实验 ,一种是三维开孔泡沫铝 ,另一种是二维圆孔铝合金蜂窝 .实验结果表明 ,硅橡胶填充以后 ,泡沫铝的应力应变曲线表现为弹性变形和塑性平台两个阶段 ,密实阶段不明显 ,且屈服应力和屈服平台长度相对无填充材料有明显增加 ;圆孔铝合金蜂窝的刚度和屈服应力也显著增加 ,屈服平台明显增长 ,显示出在单向压缩情况下更好的吸能性能 .通过分析圆孔铝合金蜂窝的变形过程 ,发现由于填充的橡胶的体积不可压缩性 ,导致变形过程中孔壁被拉伸 ,改变了多孔材料的传统变形模式 ,从而改善了材料的性能     

铝/硅橡胶交织复合材料压缩力学行为的研究

制备了铝/硅橡胶交织复合材料,并对其进行静态压缩实验,分析了其压缩力学行为及吸能性.铝/硅橡胶交织复合材料的压缩应力 应变曲线呈现双阶段平台的特征,平台区总的长度远大于与复合材料中相同结构参数的泡沫铝压缩曲线上的平台区长度,且压缩曲线没有明显的压实区.在相同的应力峰值下,铝/硅橡胶交织复合材料的压缩吸能性和吸能效率均高于参数相同的泡沫铝,因而可作为性能优异的吸能材料.