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.