基于Taylor实验及理论分析的泡沫铝动态冲击特性研究_庞宝君

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泡沫铝材料动态本构参数的实验确定

泡沫铝材料动态本构参数的实验确定丁圆圆;杨黎明;王礼立【摘要】基于泡沫材料的动态刚性-线性硬化塑性-刚性卸载(D-R-LHP-R)模型,结合连续性方程,动量守恒方程及刚体的运动方程,得到了激波在泡沫材料中的量纲-消失位置Xs/L0和动态屈服应力yi、激波波速cp、冲击初始应变ei之间的如下关系式:Xs/L0=exp(-ρ0cpv1/Y)=exp(1-σi/Y)=exp(-ρ0c2pεi/Y) (a)采用Taylor-Hopkinson装置进行实验,当直接测得泡沫铝试样密度ρ0、边界初始应力σi、初始打击速度vi、泡沫铝杆原长L0及激波在泡沫铝杆中消失长度Xs后,利用方程式(a)可反演求得DR-LHP-R模型下的泡沫铝动态应力应变曲线.最后通过与泡沫铝准静态实验数据对比,表明该泡沫铝是应变率敏感性材料.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2015(035)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】固体力学;动态力学特性;动态刚性线性硬化塑性-刚性卸载(D-R-LHP-R)模型;泡沫铝;激波【作者】丁圆圆;杨黎明;王礼立【作者单位】宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波315211;宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波315211;宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波315211【正文语种】中文【中图分类】O347泡沫铝材料作为一种泡沫金属材料的典型产品经常被用于轻质吸能材料。

近年来，泡沫铝材料的动态特性研究备受科研工作者的青睐。

V.S.Deshpande等[1]、K.A.Dannemann等[2]、T.Mukai等[3]通过SHPB技术对泡沫铝材料的应变率效应进行了研究。

R.Montanini[4]运用bi-pendulum装置对3类泡沫铝(M-PORE、CYMAT、SCHUNK)进行动态实验，发现拥有开孔结构的M-PORE泡沫材料对应变率不敏感，而拥有闭孔结构的CYMAT和SCHUNK泡沫材料对应变率敏感。

泡沫铝芯体冲击力学性能试验研究

ｒｉｌｎｄｒｅｓｏｆｔｓａｐｌ．ａｔｏｏｆｓｅｅｎｓｅｔｓｍｅＫｅｗｏｄｆａｅｌｍｉｍ；ｓｃｎｇｔｓｉｙｒｓ：ｏｍｄａｕｎｕｈｏｋｉｅｔｎｇ；ｒｐａｉｈｏｋ；ｅｅｇｙａｏｒｔｏｎｅｅｔｎｇｓｃｎｒｂｓｐｉ
ｔｒｅｃｍｐｅｓｏｔａｎｓｒｓｕｖｓａｅｓｍｉｒｔｈｔｏｈｏｍｈｒｃｅｉｄｂｈｅｉ— ｈｅｏｒｓｉｎｓｒｉｔｅｓｃｒｅｒｉｌｏｔａｆｔｅｆａｃａａｔｒｚｙｔｒｅｄｓａｅ
ｔｎｔｒｇｏｉｃｅｉｎｓ：ａｌｓｉｅｏｎ，ａｃｌｐｓｅｏｎａｅｓｆｃｔｏｅｉｎ．Ｆｏａｅｕｍｉｍｓａｎｅａｔｃｒｇｉｏｌａｅｒｇｉｎｄｄｎｉｉａｉｎｒｇｏｍｄａｌｎｕｉｋｉｄｏｆｅｅｌｎｔｍａｅｉｌｏｆｅｅｇｙａｓｐｔｏｎｘｃｌｅｔｒａｎｒｂｏｒｉｎ，ａｄｔｅｃｐｃｔｎｈｎｅｓｔｎｃｅｓｎｔｅｎｈａａｉｙｅａｃｓａｈｅｉｒａｅｉｈ
关键词：沫铝材料；泡冲击试验；复冲击；能特性反吸中图分类号：３０９文献标识码：Ｂ
ＭｅｈｎｉａａｙｉｆＦｏｍｅｍｉｕｉｈｃｎｇＥｘｅｉｅｔｃａｃｌＡｎｌｓｓｏａｄＡｌｕｎｍｎＳｏｋｉｐｒｍｎ

爆炸冲击作用下泡沫金属材料动态力学特性研究综述

泡沫铝材料抗爆炸冲击问题研究综述摘要：为对泡沫铝材料在抗爆炸冲击方面应用的相关研究有全面的了解，本文从泡沫铝材料抗爆炸冲击问题所涉及到的材料本身动力学特性、材料内部冲击波传播规律和常见的抗爆炸冲击应用的材料结构形式—含泡沫铝的多层结构的抗爆特性三方面出发，对泡沫铝在爆炸冲击作用下的动力学问题的研究现状进行梳理和评价。

研究可为泡沫铝在抗爆炸冲击方面的进一步应用提供有益的借鉴。

关键词：泡沫铝爆炸冲击多层结构1前言泡沫金属材料作为一种含有无序微结构的高孔隙率、低密度的超轻多孔金属材料，具有承载、传热、降噪、电磁屏蔽、减振、吸能等多功能特性。

特别是其在静态和动态载荷下表现出应力平台效应，能吸收大量压缩能量，从而具备优良的缓冲吸能性能，故在军用车辆、舰船以及防护工程结构等防爆炸冲击方面受到广泛的关注。

但在近二十年来对其力学行为所展开的广泛和深入的研究当中，以准静态加载条件下的力学行为研究最为充分，高加载速率、高应变率的动态加载条件下的材料力学行为较为复杂，研究难度也较大。

国内外对泡沫铝材料在爆炸冲击载荷作用下相关问题的研究，主要集中在材料本身的动力学行为（即在冲击作用下，材料变形和失效机制等）和材料内部冲击波的传播两个方面。

本文将从这两方面出发，对泡沫铝在爆炸冲击作用下的动力学问题的研究现状进行梳理，并对其常见应用形式—含泡沫铝的多层结构的抗爆特性展开评述，为泡沫铝在抗爆炸冲击方面的应用提供有益的借鉴。

2爆炸冲击作用下泡沫铝材料动态力学行为研究2.1泡沫铝材料动态应力-应变行为爆炸冲击作用下的泡沫铝材料的动态应力-应变行为的研究主要借助SHPB等试验方法对材料进行动态冲击加载获取相应的应力-应变曲线。

与静态加载条件下的材料应力-应变行为的研究结果不同，泡沫铝动态应力-应变行为的研究，国内外不同学者存在不同的研究结论，甚至是相反的。

大体而言，对于泡沫铝动态压缩力学应力-应变曲线整体特性的描述基本一致，即其应力-应变曲线表现出三个显著的阶段：线弹性区、屈服平台区和致密固化区，这也是高孔隙率泡沫铝材料具有良好吸能特性的原因所在。

泡沫铝的动态力学性能研究

第34卷第4期稀有金属材料与工程V ol.34, No.42005年 4月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERINGApril 2005收到初稿日期：2003-08-08；收到修改稿日期：2004-09-20基金项目：国家基金委和中国工程物理研究院联合基金项目资助(10076020)作者简介：凤仪，男，1964年生，教授，合肥工业大学材料学院，安徽合肥 230009，电话：0551-*******，E-mail: fy123@泡沫铝的动态力学性能研究凤仪1，朱震刚2，潘艺3，胡时胜3(1. 合肥工业大学，安徽合肥 230009)(2. 中国科学院固体物理研究所内耗与固体缺陷开放实验室，安徽合肥 230031)(3. 中国科学技术大学力学和机械工程系，安徽合肥 230027)摘要：采用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术，研究了孔隙率对泡沫铝在高应变速率(700 s -1~2 600 s -1)条件下力学性能的影响，并与准静态条件下(1×10-3 s -1)的性能进行了对比。

实验发现泡沫铝在准静态和动态条件下呈现逐层破坏的特征，从而在应力-应变曲线上出现一平台区；由于铝合金本身存在的应变速率敏感性和多孔材料中气体的作用，使泡沫铝的平台应力随应变速率的增加而增大，当孔隙率较低时，增加尤为明显;泡沫铝的应变速率敏感度随应变的变化而变化。

关键词：泡沫铝；霍普金森压杆；动态力学性能中图法分类号：TB339 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2005)04-0544-051 前言在传统的工程材料中孔洞被认为是1种结构缺陷，因为它们往往是裂纹形成和扩展的中心，对材料的性能产生不利影响。

但是当材料中孔洞的数量增加到一定程度以后，材料就会因为孔洞的存在而具有一些特殊性能，从而形成1个新的材料门类，这就是所谓的多孔或泡沫材料。

自然界中存在许多多孔材料，如蜂窝、木材、珊瑚等。

泡沫铝合金动态力学性能实验研究

图 1 泡沫铝合金在不同应变率和不同孔径的应力2应变曲线 Fig. 1 St ress2st rain curves of aluminum alloy foams under different st rain rates and cell sizes
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爆炸与冲击第 26 卷
3. 2 分析讨论
由现有研究报道 ,目前对泡沫铝材料的应变率敏感性产生的原因还没一致的结论 ,但大体上可归纳
为以下几个原因 : (1) 基体材料的应变率效应 ; (2) 孔内气体粘性流动 ; (3) 泡沫材料的变形机制以及制备
处理技术。
(1) 基体材料的应变率效应
L . J . Gibso n 等[1] 建立了描述开孔泡沫材料的屈服强度同相对密度的经验式
比较泡沫铝合金准静态和动态应力应变曲线可知 :该种泡沫铝合金材料屈服应力和流动应力随着
应变率的增大而增大 ,但屈服应力增大值不超过 20 % ,由于金属泡沫材料的高度异质以及内部孔穴结
构的不均匀性 ,使得其屈服强度有大约 20 %的差异[3] ,可以认为该种材料对应变率并不很敏感。
图 2 为不同应变率下不同相对密度泡沫铝合金
wit h different densities and st rain rates
的屈服强度、密度 , t 、h 分别为泡沫材料胞壁的厚度
和长度。对于两种密度相同 ,孔径比为 1 ∶2 的材料 , 即 2 h2 = h1 , 可推得 t1 = 2 t2 , 从而有σp3l 1 =σp3l 2 。但孔径不同其变形稍有不同 ,较大孔径材料在垂直于加载方向的截面上泡孔的数目少 , 进入屈服后 , 容易
σ3 pl
σys
ρ3 = 0. 3 ρs

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》范文

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，新型材料的研究与应用在工程领域中显得尤为重要。

泡沫铝合金作为一种轻质、高强度的材料，在汽车、航空航天、建筑等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研究泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理，为该材料在实际工程中的应用提供理论依据。

二、泡沫铝合金的制备与性能泡沫铝合金的制备主要采用发泡法，通过添加发泡剂、调节合金成分及热处理工艺等手段，获得具有特定孔隙结构和性能的泡沫材料。

其性能包括静态力学性能和动态力学性能。

静态力学性能主要研究材料的拉伸、压缩等基本力学行为；而动态力学性能则是本文研究的重点，涉及到材料在高速冲击、振动等动态载荷下的响应。

三、泡沫铝合金动态力学性能研究1. 实验方法采用落锤冲击实验、SHPB（分裂霍普金森压杆）实验等方法，对泡沫铝合金在动态载荷下的应力应变响应进行测试。

通过改变冲击速度、温度、应变率等参数，研究这些因素对材料动态力学性能的影响。

2. 实验结果与分析实验结果表明，泡沫铝合金在动态载荷下表现出优异的能量吸收能力。

在高速冲击下，材料能够通过塑性变形、孔洞塌缩等方式消耗能量。

此外，材料的动态力学性能受温度、应变率等因素的影响较大。

在高温和高应变率下，材料的强度和能量吸收能力有所提高。

四、吸能机理研究1. 孔隙结构对吸能的影响泡沫铝合金的孔隙结构对其吸能性能具有重要影响。

孔隙的大小、形状和分布决定了材料的能量吸收能力。

较大的孔隙有利于塑性变形和孔洞塌缩，从而提高材料的能量吸收能力。

而较小的孔隙则有利于提高材料的刚度和强度。

2. 吸能机理分析泡沫铝合金在受到动态载荷时，首先发生弹性变形，随后进入塑性变形阶段。

在塑性变形过程中，材料内部的孔洞发生塌缩，消耗大量能量。

此外，材料的粘弹性和阻尼效应也有助于能量吸收。

这些机理共同作用，使泡沫铝合金在动态载荷下表现出优异的能量吸收能力。

五、结论与展望本文通过对泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理进行研究，得出以下结论：1. 泡沫铝合金在动态载荷下表现出优异的能量吸收能力，具有广泛的应用前景。

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》范文

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一摘要：本文针对泡沫铝合金的动态力学性能及吸能机理进行了深入研究。

通过实验测试和理论分析相结合的方法，探讨了泡沫铝合金在动态冲击下的力学响应及能量吸收机制。

研究结果表明，泡沫铝合金具有良好的吸能性能和优异的力学性能，为相关领域的应用提供了理论依据和实践指导。

一、引言泡沫铝合金作为一种轻质高强材料，在汽车、航空航天、建筑等领域具有广泛的应用前景。

其独特的孔隙结构和优异的力学性能使得它在动态冲击下表现出良好的能量吸收能力。

因此，研究泡沫铝合金的动态力学性能及吸能机理对于提高材料的性能和应用范围具有重要意义。

二、实验方法与材料制备1. 材料制备：采用适当的合金成分，通过发泡工艺制备出不同孔隙率和密度的泡沫铝合金。

2. 实验方法：采用落锤冲击实验、动态压缩实验等手段，对泡沫铝合金进行动态力学性能测试。

同时，利用扫描电镜、X射线衍射等手段对材料微观结构进行分析。

三、动态力学性能研究1. 应力-应变行为：在动态冲击下，泡沫铝合金表现出典型的应力-应变关系，即经历弹性变形、平台应力和密实化阶段。

其中，平台应力阶段是材料能量吸收的主要阶段。

2. 能量吸收：泡沫铝合金在动态冲击下能够有效地吸收能量，其吸能能力与材料的孔隙率、密度等因素密切相关。

高孔隙率、低密度的泡沫铝合金具有更好的吸能性能。

四、吸能机理分析1. 孔隙结构：泡沫铝合金的孔隙结构为其提供了优异的能量吸收能力。

在动态冲击过程中，孔隙结构能够有效地分散冲击能量，使得材料在经历较大变形后仍能保持较高的能量吸收能力。

2. 塑性变形：泡沫铝合金在动态冲击下发生塑性变形，通过塑性流动和剪切滑移等方式吸收能量。

这种变形方式使得材料在受到冲击时能够有效地消耗能量，提高材料的吸能能力。

3. 应力传递：在动态冲击过程中，泡沫铝合金内部的应力能够通过孔隙间的连接和应力传递机制进行传递，使得材料在受到局部冲击时能够迅速响应并分散冲击能量。

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工程技术的不断发展，材料科学在各个领域中扮演着越来越重要的角色。

其中，泡沫铝合金作为一种轻质、高强度的材料，在汽车、航空航天、建筑等行业中得到了广泛的应用。

其独特的物理和力学性能，特别是动态力学性能和吸能特性，使得泡沫铝合金成为研究的热点。

本文旨在研究泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理，为进一步的应用和开发提供理论支持。

二、泡沫铝合金的动态力学性能泡沫铝合金的动态力学性能主要包括其抗冲击性能、能量吸收能力等。

通过一系列的实验，我们分析了泡沫铝合金在受到高速冲击、压力变化等动态条件下的响应和性能变化。

1. 实验方法与过程我们采用了一系列动态力学实验方法，如冲击实验、压缩实验等，以获得泡沫铝合金在不同动态条件下的力学性能数据。

在实验过程中，我们控制了变量，如冲击速度、压力大小等，以研究这些变量对泡沫铝合金动态力学性能的影响。

2. 实验结果与讨论通过实验数据的分析，我们发现泡沫铝合金在受到高速冲击或压力变化时，表现出较好的能量吸收能力和抗冲击性能。

此外，我们还发现，不同的制备工艺和材料组成对泡沫铝合金的动态力学性能有着显著的影响。

这些结果为进一步优化泡沫铝合金的性能提供了重要的参考。

三、泡沫铝合金的吸能机理研究泡沫铝合金的吸能机理是其应用中的关键因素之一。

我们通过理论分析和模拟实验，对泡沫铝合金的吸能机理进行了深入的研究。

1. 理论分析我们基于能量守恒原理和材料力学理论，对泡沫铝合金在受到外力作用时的能量吸收过程进行了理论分析。

我们发现，泡沫铝合金的吸能过程主要依赖于其内部的微观结构和材料的力学性能。

2. 模拟实验与结果为了更直观地了解泡沫铝合金的吸能机理，我们采用了有限元分析等模拟实验方法。

通过模拟不同条件下的冲击过程，我们观察到泡沫铝合金在受到外力作用时，其内部结构发生了明显的变形和能量转化。

这些结果进一步证实了我们的理论分析，并为我们提供了更深入的理解泡沫铝合金吸能机理的途径。

泡沫铝动态力学性能的实验研究

维普资讯
第２卷第３０期
Ｖｏ２０１．Ｎｏ．３
材
料
科
学
与
工
程
总第７９期
Ｓｐ．ｅ２００２
Ｍａｅｉｌｉｎｅ＆ＥｎｉｅｒｎｔｒａｓＳｃｅｃｇｎｅｇｉ
文章编号：０４７３２００－３１０１０．９ＸＩ０２）３０４－３
１前言
由于交通运输等民用和国防部门对抗冲击、爆震、抗缓冲、能应用的迫切需要，制和开发出具有高吸能特性的吸研
材料变得日益迫切。泡沫铝（ｏｍｄＡｕｉｕ是近年来出Ｆａｅｌｍｎｍ）现的一种新型工程材料，具有其它吸能材料所无法比拟它
ｓ￣ｅａｄｔｉｈｓｒｉａｅｆ６． × １ｓ１． × １ｓ１． × １ｓｗｅｅｏｔｉｅｅｐｃｉｅｙ．ｅｓａｓｏｈｒｅｃｍｐｒｓｉｎｓｒｉ — ｅｄ，ｎｈｅｈｇｔａｎｒｔｓｏ００／、００／、９０／ｒｂａｎｄｒｓｅｔｖｌＴｈｐｆｔｅｏｈｅｅｓｏｔａｎｓｒｓｕｖｓａｅｓｍｉａｏｔｔｏｈｇｄＰｏｙｒｈｎｏｍｈｒｃｅｉｅｙｔｒｅｄｓｉｃｅｉｔｅｓｃｒｅｒｉｌｒｔｈａｆｔｅＲｉｈｌｕｅｔａｅＦａｃａａｔｒｚｄｂｈｅｉｔｎｔｒｇｏｎ：ｎｅａｔｅｉｎａｃｌａｓｅｉｎａｌｓｉｒｇｏｓ，ｏｌｐｅｒｇｏｃ

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，新型材料的研究与应用逐渐成为科研领域的重要课题。

其中，泡沫铝合金作为一种轻质、高强度的材料，在汽车、航空航天、建筑等领域具有广泛的应用前景。

其独特的结构使得该材料在承受动态冲击时，表现出良好的吸能特性。

本文将就泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理展开深入研究，旨在为该材料在实际应用中的优化提供理论支持。

二、泡沫铝合金的动态力学性能泡沫铝合金的动态力学性能主要表现在其抗冲击性能和能量吸收能力。

在受到动态冲击时，泡沫铝合金能够通过内部结构的变形来吸收大量的能量，从而保护结构不受损坏。

1. 实验方法为研究泡沫铝合金的动态力学性能，我们采用了落锤冲击实验和SHPB（Split Hopkinson Bar）实验等方法。

通过改变冲击速度和样品尺寸，观察并记录泡沫铝合金在受到不同强度冲击时的变形和能量吸收情况。

2. 实验结果实验结果表明，泡沫铝合金在受到动态冲击时，表现出良好的抗冲击性能和能量吸收能力。

随着冲击速度的增加，泡沫铝合金的变形程度逐渐增大，但并未出现明显的破坏现象。

同时，该材料在吸收能量的过程中，表现出较高的能量吸收效率和稳定的吸能性能。

三、泡沫铝合金的吸能机理泡沫铝合金的吸能机理主要源于其独特的内部结构和材料特性。

在受到冲击时，泡沫铝合金通过内部结构的变形和能量传递，将冲击能量转化为热能和弹性势能，从而实现能量的吸收。

1. 结构特性泡沫铝合金的内部结构由大量的封闭孔洞组成，这些孔洞在受到冲击时能够发生变形和坍塌。

在变形过程中，孔洞之间的相互作用和能量的传递使得材料能够吸收大量的能量。

此外，泡沫铝合金中的合金元素也对其吸能性能起到了重要的影响。

2. 能量传递与转化在受到冲击时，泡沫铝合金通过内部结构的变形和能量的传递，将冲击能量从表面传递至材料内部。

在这个过程中，材料的孔洞发生坍塌和重新排列，将冲击能量转化为热能和弹性势能。

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》范文

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，泡沫铝合金作为一种新型的轻质材料，因其独特的物理和力学性能在多个领域得到广泛应用。

尤其在涉及高强度冲击、震动以及能量吸收的场景中，泡沫铝合金的性能尤为重要。

因此，研究其动态力学性能及其吸能机理具有重要的学术价值和实践意义。

本文旨在探讨泡沫铝合金在动态条件下的力学性能及吸能机理，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。

二、泡沫铝合金的动态力学性能泡沫铝合金的动态力学性能主要包括其承受冲击、振动等动态载荷时的力学响应和变形行为。

通过一系列的动态力学实验，可以获得泡沫铝合金在不同冲击速度、不同温度等条件下的应力-应变曲线，从而分析其动态力学性能。

在实验中，我们采用了高速冲击试验机、振动试验机等设备，对泡沫铝合金进行了不同条件下的动态力学测试。

实验结果表明，泡沫铝合金在受到冲击时具有较好的能量吸收能力，且其应力-应变曲线呈现出典型的塑性变形特征。

此外，我们还发现泡沫铝合金的动态力学性能与其组成成分、孔隙率、孔径大小等因素密切相关。

三、泡沫铝合金的吸能机理泡沫铝合金的吸能机理主要涉及材料的微观结构和能量吸收过程。

在受到冲击或振动时，泡沫铝合金内部的孔隙结构能够有效地吸收和分散能量，从而保护材料本身不受损伤。

此外，其塑性变形行为也为其提供了良好的能量吸收能力。

具体而言，当泡沫铝合金受到外力作用时，其内部的孔隙结构会发生压缩、剪切等变形行为，从而消耗大量的能量。

同时，由于泡沫铝合金的孔隙结构具有较好的韧性和延展性，使得其在变形过程中能够承受较大的能量输入。

此外，泡沫铝合金的塑性变形行为也有助于其吸能能力的提高。

四、研究方法及结果分析为了深入探究泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理，我们采用了多种研究方法。

首先，通过理论分析，建立了泡沫铝合金的力学模型，为后续的实验研究提供了理论依据。

其次，我们利用扫描电子显微镜等设备对泡沫铝合金的微观结构进行了观察和分析，为其吸能机理的研究提供了有力支持。

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》范文

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，新型材料的研究与应用在各个领域中显得尤为重要。

其中，泡沫铝合金作为一种轻质、高强度、且具备良好吸能特性的材料，在汽车、航空航天、建筑等领域有着广泛的应用前景。

本文旨在研究泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理，以期为相关领域的应用提供理论依据。

二、泡沫铝合金的动态力学性能研究1. 实验材料与方法本研究采用不同密度的泡沫铝合金作为研究对象，通过动态力学测试设备进行实验。

在实验过程中，对泡沫铝合金进行不同速度的冲击，以获取其动态力学性能数据。

2. 实验结果与分析（1）应力-应变曲线分析通过对泡沫铝合金进行动态力学测试，得到其应力-应变曲线。

从曲线中可以看出，泡沫铝合金在受到冲击时，具有较高的能量吸收能力。

在低速冲击下，泡沫铝合金表现出较好的塑性和韧性；而在高速冲击下，其应力-应变曲线呈现出明显的平台效应，表明其具有较好的能量吸收性能。

（2）能量吸收性能分析通过对不同密度、不同速度下的泡沫铝合金进行动态力学测试，发现其能量吸收能力与密度和冲击速度密切相关。

在低速冲击下，密度较高的泡沫铝合金具有更好的能量吸收能力；而在高速冲击下，密度较低的泡沫铝合金则表现出更好的吸能效果。

此外，泡沫铝合金的能量吸收能力还与其内部结构、材料组成等因素有关。

三、泡沫铝合金的吸能机理研究1. 吸能机理概述泡沫铝合金的吸能机理主要与其内部结构、材料组成及冲击过程中的变形行为有关。

在受到冲击时，泡沫铝合金内部的孔洞结构能够产生较大的变形，从而吸收大量的能量。

此外，其材料组成中的合金元素也能提高其强度和韧性，进一步增强其吸能能力。

2. 吸能过程分析在低速冲击下，泡沫铝合金主要通过孔洞的压缩、剪切和屈曲等变形行为来吸收能量。

而在高速冲击下，其吸能过程则更加复杂，涉及到材料的动态响应、能量传递与耗散等多个方面。

此外，泡沫铝合金在吸能过程中还会产生一定的热效应和声发射等现象。

《泡沫铝材料动力学特性的实验研究与理论分析》

《泡沫铝材料动力学特性的实验研究与理论分析》篇一一、引言泡沫铝作为一种轻质、高强度的金属材料，在工程和科研领域得到了广泛关注。

其特殊的结构和物理性能，使得泡沫铝在各种力学环境下的响应变得非常独特。

因此，深入探究泡沫铝材料的动力学特性具有重要的实际意义。

本文将结合实验与理论分析，探讨泡沫铝材料的动力学特性。

二、实验研究1. 材料制备与样品制备实验所采用的泡沫铝材料通过熔体发泡法制备而成，经过轧制和热处理等工艺得到不同密度和孔隙结构的样品。

样品的尺寸、形状和密度均经过严格控制，以确保实验结果的准确性。

2. 动力学实验方法（1）冲击实验：采用落锤式冲击试验机对泡沫铝样品进行冲击实验，记录不同冲击速度下的应力-应变曲线。

（2）动态压缩实验：使用SHPB（Split Hopkinson Bar）装置进行动态压缩实验，观察泡沫铝在高应变率下的变形行为。

（3）声波测试：利用超声波测试系统，测定泡沫铝的声速和衰减系数，进一步推算其动力学性能。

三、实验结果与分析1. 应力-应变曲线分析通过冲击实验得到的应力-应变曲线显示，泡沫铝在受到外力作用时，表现出明显的非线性行为。

随着应力的增加，材料先经历弹性变形阶段，随后进入塑性变形阶段，最后在达到极限强度后发生破坏。

不同密度和孔隙结构的泡沫铝在力学性能上存在显著差异。

2. 动态压缩行为分析SHPB实验结果表明，泡沫铝在动态压缩下表现出较高的能量吸收能力。

在高应变率下，材料的应力峰值和平台应力均有所提高，表明其具有较好的抗冲击性能。

3. 声波测试结果分析超声波测试结果显示，泡沫铝的声速随密度的增加而增大，而衰减系数则随密度的增加而减小。

这表明密度对泡沫铝的传播速度和能量损失具有重要影响。

四、理论分析1. 泡沫铝的力学模型基于连续介质力学和细观力学理论，建立泡沫铝的力学模型。

该模型考虑了材料的微观结构、孔隙率和密度等因素对力学性能的影响。

通过对比实验结果与理论预测，验证了模型的准确性。

《泡沫铝材料动力学特性的实验研究与理论分析》

《泡沫铝材料动力学特性的实验研究与理论分析》篇一摘要：本文通过对泡沫铝材料进行一系列动力学特性的实验研究，结合理论分析，深入探讨了泡沫铝材料的力学性能、能量吸收能力及其在冲击载荷下的响应行为。

实验结果表明，泡沫铝材料具有良好的能量吸收特性和较高的抗冲击性能，为进一步应用在工程领域提供了理论依据。

一、引言泡沫铝作为一种轻质、多孔的金属材料，具有优异的能量吸收能力和抗冲击性能，在航空航天、汽车制造、防护工程等领域具有广泛的应用前景。

对其动力学特性的研究对于推动泡沫铝材料的应用与发展具有重要意义。

本文通过实验与理论分析相结合的方法，对泡沫铝材料进行了深入研究。

二、实验研究1. 实验材料与方法本实验采用不同密度和孔隙率的泡沫铝材料作为研究对象。

通过动态压缩实验、冲击实验和能量吸收实验等方法，研究泡沫铝材料在动态载荷下的力学性能和能量吸收能力。

2. 动态压缩实验动态压缩实验采用落锤式冲击试验机进行。

通过改变冲击速度和试样尺寸，观察泡沫铝材料的应力-应变曲线和能量吸收情况。

实验结果表明，泡沫铝材料在动态压缩下表现出较高的能量吸收能力和塑性变形能力。

3. 冲击实验冲击实验采用高速摄像机记录了泡沫铝材料在冲击过程中的变形过程和破坏模式。

实验发现，泡沫铝材料在受到冲击时，能够通过多孔结构分散和吸收能量，表现出良好的抗冲击性能。

三、理论分析1. 动力学模型建立基于实验结果，建立了泡沫铝材料的动力学模型。

该模型考虑了材料的密度、孔隙率、弹性模量等参数对动力学特性的影响，为进一步分析提供了理论基础。

2. 能量吸收能力分析通过对泡沫铝材料的应力-应变曲线进行分析，发现其具有较高的能量吸收能力。

这主要归因于其多孔结构能够在受到外力时产生较大的变形，从而吸收更多的能量。

此外，泡沫铝材料的塑性变形能力也为其提供了良好的能量吸收能力。

四、结果与讨论1. 结果展示通过实验与理论分析，我们得到了泡沫铝材料在不同条件下的动力学特性数据。

填充泡沫铝防护结构的超高速撞击数值模拟

填充泡沫铝防护结构的超高速撞击数值模拟贾斌;马志涛;庞宝君【摘要】模仿泡沫金属的生产原理建立了泡抹金属微结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学程序进行了超高速撞击数值模拟,分别对6种形式的填充泡沫铝防护结构进行了仿真计算,比较了其撞击极限性能.结果表明当泡沫铝处于适当的位置时,填充泡沫铝结构的防护性能优于相同面密度的填充实心铝板结构.通过不同防护结构碎片云特性参数的对比分析表明,泡沫铝对小尺寸碎片的防护效果显著,其微结构能够使碎片云的法向动量有效分散,并通过多次加载使得碎片云液化、气化的比例大幅提升.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2011(043)001【总页数】5页(P16-20)【关键词】泡沫铝;防护结构;超高速撞击;SPH;空间碎片【作者】贾斌;马志涛;庞宝君【作者单位】哈尔滨工业大学,航天工程系,150080,哈尔滨;清华大学航天航空学院,100084,北京;哈尔滨工业大学,航天工程系,150080,哈尔滨【正文语种】中文【中图分类】O347;V423.42微流星体及空间碎片的超高速撞击会造成航天器损伤及发生灾难性失效的事例，严重威胁航天器的安全在轨运行，有关防护微流星体和空间碎片超高速撞击的研究得到了国内外的高度重视［1］.1947年 Whipple［2］提出了著名的 Whipple防护结构，即在距被防护舱壁外侧一定距离处放置金属防护屏，防护屏的作用是将弹丸破碎，形成由弹丸材料和防护屏材料组成的碎片云，碎片云在通过间距过程中发生膨胀，使得作用在舱壁单位面积上的冲量减小，从而减轻对舱壁的破坏能力.此后，在Whipple结构的基础上又发展了应用新型材料的多种构型相似的防护结构，通过超高速撞击实验及数值仿真进行了大量防护结构性能研究工作，并用于航天器的安全防护［3－4］.因为超高速撞击实验的速度限制及费用比较高，超高速撞击数值仿真成为防护结构性能研究的有效方法.采用有效的材料模型和数值模拟方法可以得到与实验非常一致的结果.铝合金等金属材料的材料模型和相关数据得到了深入研究，具有很高的置信度［5－6］.泡沫金属是上个世纪80年代后期迅速发展起来的一种功能与结构一体化的新型工程材料，具有多种优异性能.欧空局初步开展了涉及泡沫铝的防护结构的超高速撞击实验，结果表明，具有一定厚度的泡沫铝防护屏能在弹丸中引起多次击波加载，更容易使弹丸破碎甚至熔化，在低至2.6 km/s的撞击速度下也能观察到大量弹丸熔化迹象，因此泡沫金属是很好的航天器防护材料之一［7－8］.由于泡沫金属的孔洞大小与空间碎片模拟弹丸的直径或防护屏厚度相比通常是不可忽略的，故弹丸超高速撞击薄防护屏后，形成的碎片云微粒撞击泡沫材料孔壁时引起的材料破碎及物态变化是在微观结构上进行的.为了有效地模拟泡沫金属材料的真实超高速撞击行为，本文根据泡沫金属的生产原理建立微结构几何模型，结合自编的光滑质点流体动力学(SPH)程序进行超高速撞击数值模拟，分别对6种形式的泡沫铝防护结构进行了仿真计算，比较了其撞击极限性能，并进行了机理分析.1 泡沫金属微结构几何建模泡沫金属的制造方式一般为发泡法.以渗流铸造法为例，将随机分布的发泡剂放入熔融状态的金属中，铸造完成后，再用溶剂或热处理将发泡剂去掉.模仿泡沫金属的生成原理，根据泡沫金属的真实微结构建立几何模型，如图1所示.图1 泡沫金属模型原理以建立方形泡沫金属模型为例，首先在方体内部和边界上随机分布若干个空球，然后在该方体其余位置填充基体材料，即形成泡沫金属板.球的平均半径¯定义为其中:d是孔洞的平均半径;α是改变泡沫金属相对密度的参数，对于开孔材料0＜α＜1，对于闭孔材料α＞1.球的半径定义为球心的空间坐标xi定义为式中:Δxi=g(0);ni是该球在坐标xi方向上的序号，ni≥1;g(v)和f(v)是以v为平均值的随机分布函数(可根据不同微结构的泡沫金属进行选取，本文采用的是线性随机函数).图2是直径6.35 mm的Al2017球形弹丸以4.08 km/s的速度正撞击开孔泡沫铝板的实验结果，泡沫铝基体材料为ZL102，厚度为10 mm，孔隙率为73%，平均孔洞直径为0.6 mm.图3给出了数值模拟结果，使用了自编的三维SPH计算程序和泡沫铝细观模型，与实验结果相吻合，表明该几何模型可较好地模拟泡沫金属的超高速撞击行为.图2 超高速撞击实验结果图3 数值仿真结果2 不同防护结构的模拟结果2.1 防护结构方案设计了6种相同面密度的填充泡沫铝防护结构，如图4所示，总体面密度均为1.078 g/cm2，总体防护间距均为90 mm.开孔泡沫铝平均孔径为1.6 mm，相对密度为27%，厚度为6.0 mm，基体材料为ZL102.舱壁均为厚1.2 mm的Al5A06.其它防护屏材料均为Al2A12，图4(a)和(b)中两块铝防护屏的厚度均为0.6 mm，图4(c)～(f)中的铝防护屏厚度均为1.2 mm.图4(a)和(b)为填充铝板/泡沫铝复合防护屏的Whipple结构，其实质是把图4(c)中的第1层防护屏沿厚度均分为2层，并将第2层分别置于泡沫铝的前面或后面，以比较这3种结构防护性能的差异.图4(c)～(f)为单纯填充泡沫铝的Whipple结构，其各层防护屏均相同，用于考察泡沫铝的填充位置对防护性能的影响.图4 填充泡沫铝防护结构示意为了与非泡沫铝防护结构进行对比，还对图5所示的2种填充实心铝板防护结构进行了数值模拟，它们的总体面密度和总体防护间距与填充泡沫铝防护结构相同.这2种结构中间填充的铝板材料为ZL102，与泡沫铝基体材料相同，并处于防护结构的中间位置.舱壁材料与厚度均与填充泡沫铝防护结构相同.第1层防护屏材料均为Al2A12.图5(a)中第1层防护屏厚度为1.2 mm，与图4(c)～(f)的第1层铝板相同;第2层厚度为1.6 mm，面密度与图4(c)～(f)中填充的泡沫铝相同.图5(b)中第1层防护屏厚度为0.6 mm，与图4(a)和(b)的第1层铝板相同;第2层厚度为2.2 mm，面密度与图4(a)和(b)中填充的铝板/泡沫铝复合防护屏相同.图5 填充实心铝板防护结构示意2.2 数值模拟结果对比分析采用Al2017球形弹丸，分3、6、9 km/s这3个速度进行超高速撞击模拟，入射角均为0，即正撞击.使用自编的SPH程序，所有材料均采用Mie-Grüneisen状态方程和Johnson-Cook强度模型［4］.对于泡沫铝，由于建立了其微结构模型，故只需在孔壁材料处使用其基体材料的力学模型，在孔洞处是不填充材料的.但需要指出的是，受到实验条件的限制，在9 km/s速度下的仿真结果尚无有效的验证手段.定量评价防护性能的主要指标是撞击极限，即给定撞击速度下使舱壁失效(穿孔或剥落)的临界弹丸直径.采用二分法获得防护结构的撞击极限，即首先通过试算得到使舱壁失效和未失效的弹丸直径初始值，然后取其平均值作为下一次计算的初始值，重复这一过程，最后在达到一定计算精度时，取使舱壁失效的最小弹丸直径与未使舱壁失效的最大弹丸直径的平均值作为该速度下的临界弹丸直径.6种填充泡沫铝防护结构和2种填充实心铝板防护结构的模拟结果如表1～3所示，表中x、o、+分别表示舱壁失效、未失效和临界状态.表1 撞击速度为3 km/s时不同防护结构的模拟结果弹丸直径/ mm防护结构形式图4(a)图4(b)图4(c)图4(d)图4(e)图4(f)图5(a)图5(b)由表1可见，弹丸撞击速度为3 km/s时，各方案防护性能比较接近，撞击极限最大差别仅为0.4 mm.图4(a)所示的方案性能最好.图4(c)和(f)所示的方案优于图4(d)和(e)的方案，表明在此速度下，泡沫铝处于防护结构中间或靠前的位置时其性能优于靠后的位置.图4(c)、(f)的方案和图5(b)的方案相当，图4(d)、(e)的方案和图5(a)的方案相当，表明在此速度下，单纯填充泡沫铝和填充实心铝板的方案性能基本相当.表2 撞击速度为6 km/s时不同防护结构的模拟结果弹丸直径/ mm防护结构形式图4(a)图4(b)图4(c)图4(d)图4(e)图4(f)图5(a)图5(b)表3 撞击速度为9 km/s时不同防护结构的模拟结果弹丸直径/ mm防护结构形式图4(a)图4(b)图4(c)图4(d)图4(e)图4(f)图5(a)图5(b) 3.6xx x由表2可见，弹丸撞击速度为6 km/s时，各方案防护性能之间的差别增大，撞击极限最大差别达到了0.7 mm.图4(b)方案的性能最好，其次为图4(a)和(c)，但两者相差仅0.1 mm.图4(c)的方案优于图4(d)、(e)和(f)，表明在此速度下，泡沫铝处于防护结构中间位置时其性能优于其它位置.图5(a)、(b)方案的性能介于图4(c)、(d)和(e)、(f)之间，表明在此速度下，泡沫铝的填充位置决定了其性能是否优于填充实心铝板的方案，如果位置不当，单纯填充泡沫铝的性能甚至不如填充实心铝板. 由表3可见，弹丸撞击速度为9 km/s时，各方案防护性能之间的差别进一步增大，撞击极限最大差别达到了1.2 mm.图4(a)和图5(a)的方案性能最好.图4(c)方案的性能介于图4(d)和(e)、(f)之间，表明在此速度下，泡沫铝处于防护结构中间位置时其性能与其它位置相比并非最优.图5(a)方案优于图4(c)～(f)，图5(b)方案仅优于图4(d)，表明在此速度下，填充实心铝板的性能优于单纯填充泡沫铝.3 机理分析泡沫铝作为第1层防护屏的防护效果弱于实心铝板，是由于弹丸与孔洞相比尺寸较大，因此孔洞直接坍塌然后密实，导致其微结构难以有效起到多次加载的作用.但当将泡沫铝置后，撞击实心铝板产生的碎片云遇到泡沫铝时，由于其中碎片的尺寸较小，泡沫铝的微结构能够对其有效地实施多次加载，即使在较低的撞击速度下，也可使得碎片云材料大量液化、气化.图4(a)所示防护方案在泡沫铝前放置的第2块薄铝板对弹丸撞击第1层铝板所产生的碎片云中的碎片进一步碎化，起到了更好的防护效果，由此可以推断出泡沫铝对小尺寸碎片的防护效果显著，即图4(a)型方案防护效果占优的原因.撞击速度在3 km/s时，弹丸刚刚开始破碎，因此各种防护方案的临界弹丸直径相差不大，而撞击速度在6 km/s和9 km/s时，弹丸破碎以及液化、气化的程度增大，因而临界弹丸直径相差较大，这个结果进一步支持了该推断.为了进一步分析不同方案防护效果的机理，对图4(a)～(c)和图5(a)～(b)所示的5种相似的防护方案进行了深入研究，分析的对象是这5种方案第2层防护屏后的碎片云，即撞击到舱壁上的碎片云.分为撞击速度3 km/s、弹丸直径4.2 mm;撞击速度6 km/s、弹丸直径4.6 mm;撞击速度9 km/s、弹丸直径3.4 mm这3种工况进行比较.表4～6给出了碎片云的特性参数.通过表4～6的对比可以发现:在每一个速度值，碎片云的最大法向动量面密度越小，即意味着法向动量面密度分布越均匀，则结构的防护能力越强;而最大碎片云质量面密度对防护能力的强弱仅有一定程度的影响.因此，防护能力的强弱主要取决于是否能够将碎片云的法向动量有效分散.由于开孔泡沫铝的孔棱方向是随机分布的，因而对处于膨胀状态的碎片云的多次加载可有效地分散其法向动量.同时，撞击泡沫铝防护结构产生的碎片云液化、气化的比例大幅高于填充实心铝板防护结构，即泡沫铝通过多次加载作用还可以使碎片云材料的温度升高，提高其液化、气化比例，消耗碎片云的部分动能，从而起到减轻其冲击能力的作用.另外，在6和9 km/s 时，撞击泡沫铝防护结构产生的碎片云的总质量和法向总动量低于对应的填充实心铝板防护结构，即在较高速度时，泡沫铝相比实心铝板能够吸收更多的法向动量. 表4 撞击速度为3 km/s、弹丸直径为4.2 mm时不同防护方案的碎片云特性防护方案临界弹丸直径/mm液化气化百分比/%总质量/ (10－6kg)法向总动量/ (10－3kg·m·s－1)质量面密度最大值/ (kg·m－2)法向动量面密度最大值/ (103kg·(m·s)－1)图4(a)表5 撞击速度为6 km/s、弹丸直径为4.6 mm时不同防护结构的碎片云特性防护方案临界弹丸直径/mm液化气化百分比/%总质量/ (10－6kg)法向总动量/ (10－3kg·m·s－1)质量面密度最大值/ (kg·m－2)法向动量面密度最大值/ (103kg·(m·s)－1)图4(a)表6 撞击速度为9 km/s、弹丸直径为3.4 mm时不同防护结构的碎片云特性防护方案临界弹丸直径/mm液化气化百分比/%总质量/ (10－6kg)法向总动量/ (10－3kg·m·s－1)质量面密度最大值/ (kg·m－2)法向动量面密度最大值/ (103kg·(m·s)－1)图4(a)4 结论1)泡沫铝的填充位置对结构的防护性能有较大影响.当泡沫铝处于适当的位置时，填充泡沫铝结构的防护性能优于相同面密度的填充实心铝板结构.总体而言，泡沫铝处于防护结构的中间位置时性能较好.2)通过不同防护结构碎片云特性参数的对比分析表明，使碎片云的法向动量越有效分散，结构的防护能力越强.3)泡沫铝对小尺寸碎片的防护效果显著，其微结构能够对碎片云有效地实施多次加载，使得碎片云液化、气化的比例大幅提升.参考文献:［1］闵桂荣，肖名鑫.防止微流星体击穿航天器舱壁的可靠性设计［J］.中国空间科学技术，1986，6(6): 45－48.［2］WHIPPLE F L.Meteorites and space travel［J］.Astronomical Journal，1947，52:132－137.［3］张伟，庞宝君，邹经湘，等.航天器微流星体及空间碎片的防护方案［J］.哈尔滨工业大学学报，1999，32(2):18－22.［4］CHRISTIANSEN E L，KERR J H.Ballistics limit equations for spacecraft shielding［J］.International Journal of Impact Engineering，2001，26:93－104.［5］HIERMAIER S，KONKE D，STILP A J，et putational simulation of the hypervelocity impact of Alspheres on thin plates of different materials［J］.International Journal of Impact Engineering，1997，20:363－374.［6］HAYHURST C J，CLEGG R A.Cylindrically symmetric SPH simulations of hypervelocity impacts on thin plates［J］.International Journal of Impact Engineering，1997，20:337－348.［7］THOMA K，SCHAFER F，HIERMAIER 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毛细管内气液Taylor流动的气泡及阻力特性

毛细管内气液Taylor流动的气泡及阻力特性张井志;李蔚【摘要】In order to obtain the frictional characteristics of fully developed Taylor flow in the vertical capillary tube, numerical simulations of the flow in the capillary tube with diameter of 2 mm were conducted by using the moving frame reference method. The shape, rising velocity of Taylor bubble, liquid film thickness and pressure drop were obtained using two different working fluids and analyzed. Simulation results showed that the length of Taylor bubble and the radius of curvature increased with increasing two-phase superficial velocity Vtp. The length of Taylor bubble also increased with increasing gas void ξg, while the nose and tail of Taylor bubble were independent ofξg. Dimensionless thickness of liquid film and rising velocity of Taylor bubbles were proportional to capillary number Ca. Friction factor fc decreased with increasing Vtp andξg. The fc of Taylor flow with N2/(CH2OH)2 as working fluid was lower than that of single phase with the same Vtp, while the fc for N2/H2O was higher than that of single phase. The model proposed by Lockhart and Martinelli, and the flow pattern dependent model proposed by Kreutzer et al. could predict the pressure drop obtained from simulation with an error of ±10%. The Chisholm number C=5 which was recommended for conventional tube when both phases were laminar was also reasonable for the capillary tube in the simulation work.%采用相对坐标系方法，研究毛细管（d=2mm）内充分发展垂直上升气液 Taylor 流动，分析两种工作介质下Taylor气泡的形状、上升速度、液膜厚度以及压降特性。

闭孔泡沫铝的动态压缩力学性能试验研究

闭孔泡沫铝的动态压缩力学性能试验研究泡沫铝作为一种多孔金属材料,相比于传统的金属和有机材料,具有质轻以及更强的吸能能力等优点,使其在交通和航空航天领域被广泛使用。

随着民用建筑抗爆研究的开展,泡沫铝作为吸能材料,逐渐用于减轻爆炸冲击波对建筑主体结构的作用。

为了揭示泡沫铝的减爆作用机理,完善其减爆设计理论与方法,亟需对泡沫铝材料在高应变率下的力学性能进行系统研究。

本文利用实验室的INSTRON高速动力加载系统,开展了闭孔泡沫铝材料在高应变率下的动态压缩力学性能试验研究,主要内容和结论如下:(1)结合以往的试验研究成果制备出合适尺寸的闭孔泡沫铝试件。

对霍普金森压杆(SHPB)试验技术以及直接撞击试验技术的应用进行了总结,并介绍了其试验原理及假定。

对实验室INSTRON高速动力加载系统进行了介绍,并根据试验设备的性能参数和工作原理,通过在作动器中加入一段“刚度足够大的可破坏的”有机玻璃(PMMA)管,可以解决INSTRON在高速压缩过程中存在的减速段问题,使其适用于闭孔泡沫铝的动态压缩试验。

(2)为了研究闭孔泡沫铝高速压缩试验中的惯性效应,采用改进的INSTRON 高速动力加载系统,并利用正向试验和反向试验技术对15、30mm厚的闭孔泡沫铝试件进行试验研究。

结果表明试件越厚,闭孔泡沫铝在高速压缩试验中的惯性效应越明显;在加载速度确定的情况下,通过设计合适的试件厚度,可以消除泡沫铝高速压缩试验中惯性效应的影响。

(3)基于惯性效应试验的研究结果,选用15mm厚的闭孔泡沫铝试件进行了10~1000s-1应变率下的高速压缩试验,并采用吸能效率法处理试验数据。

结果表明在高速压缩下,闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同,具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。

闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应,而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势,初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。

闭孔泡沫铝在动态加载下的压缩力学行为研究

闭孔泡沫铝在动态加载下的压缩力学行为研究闭孔泡沫铝是一种具有优异性能的轻质材料，广泛应用于航天、汽车和建筑等领域。

研究闭孔泡沫铝在动态加载下的压缩力学行为对于优化其设计和应用具有重要意义。

本文通过实验和数值模拟方法，对闭孔泡沫铝在动态压缩加载下的力学行为进行研究。

在实验方面，采用冲击试验机对闭孔泡沫铝样品进行压缩加载。

通过测量样品的应力-应变曲线和变形图像，获得其力学性能和变形特征。

结果显示，闭孔泡沫铝在动态加载下表现出良好的抗压性能和能量吸收能力。

随着冲击速度的增加，闭孔泡沫铝的屈服强度和峰值强度也相应增加，但变形能力减弱。

闭孔泡沫铝在动态加载下呈现出明显的应力平台和后渐失稳特征，说明其具有一定的韧性。

在数值模拟方面，采用有限元方法对闭孔泡沫铝的压缩加载过程进行建模。

通过调整材料参数，得到与实验结果吻合较好的模拟结果。

数值模拟研究还揭示了闭孔泡沫铝在压缩加载过程中的应力分布和变形特征。

研究发现，闭孔泡沫铝的应力集中在孔隙区域附近，而变形主要发生在孔隙区域和壁层之间。

数值模拟结果还揭示了闭孔泡沫铝在动态加载下的失稳现象，为了解其失稳机制提供了重要线索。

闭孔泡沫铝在动态加载下具有良好的力学性能和能量吸收能力。

实验和数值模拟研究揭示了闭孔泡沫铝在动态加载下的压缩力学行为和变形特征，为优化其设计和应用提供了依据。

目前对闭孔泡沫铝在动态加载下的研究还存在一些问题，例如材料参数的确定和非线性效应的考虑。

今后的研究仍需要进一步深入，以更好地理解闭孔泡沫铝在动态加载下的力学行为。