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金属多孔材料动态特性的实验研究

卢静涵  
【摘要】:金属多孔材料由于其具有特殊的理化性能和力学性能,特别是可承受一基本恒定、低水平应力而产生大范围的变形。此材料特性对于许多包装、冲击/爆炸缓冲系统最为理想,已在汽车、航空航天、铁路运输、建筑、包装等行业得到了广泛的应用。目前,由于采用实验方法测试材料在高应变率下的应力应变行为的困难性,对于材料性能的研究多集中在准静态方面,该材料动态性能的研究结果有限。 通过分析已有的研究结果可知,由于金属多孔材料内部特殊的胞孔结构,实验方法的准确性对其动态性能的研究有一定的影响。为了实验确定金属多孔材料的初始动力坍塌强度和“平台”应力,研究应变率效应和速度效应,本文对该材料的实验方法进行了深入研究,分析了SHPB实验技术存在的问题及相关解决办法。在现有SHPB实验装置的基础上设计了一套直接撞击装置,利用反分析法中的反卷积技术,通过计算机模拟给出了该实验装置的传递函数h(t),对实验装置进行了动态标定,完善了数据处理系统,为实验研究多孔材料的动态特性提供了一种有效的方法。 在原有Taylor实验的基础上扩展了Taylor理论的应用范围,使该理论从原有的估算不可压缩材料的动态屈服强度,发 太原理一l几大学硕十研究生学位论文 展到对可压缩材料的研究,提出相对密度是压缩应变e的函数 并符合p/p。二1+ae关系,以估算金属多孔材料的塑性流动应 力,确定金属多孔材料的动态特性。 利用SHPB实验技术对不同孔隙率的铜合金多孔材料和铁合 金多孔材料的动态压缩性能进行了测试。研究结果显示:文中 所研究的两种金属多孔材料具有明显的应变率效应,具体表现 为随着应变率的提高,材料的屈服应力明显提高。在动态压缩 初期有较明显的弹性阶段;在应变率较低时,两种金属多孔材 料的“平台”区表现较为明显,而当应变率提高时它们的屈服 “平台”阶段并不明显,且随着应变的不断增大,应力也逐渐 增加,屈服“平台”区和致密区没有明显的界线。而且,在应 变率相近的情况下,在达到相同的应变时,孔隙率较低的金属 多孔材料的应力值较高。


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