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《湘潭大学》 2003年
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多孔材料的力学性能及破坏机理

张俊彦  
【摘要】:全文共分七章。第一章全面系统地综述了多孔材料的研究历史与现状。第二章对多孔材料的结构与力学性能进行了理论分析。第三章对多孔材料的结构与力学性能进行了实验研究。第四章建立了二维蜂窝材料的格构模型。第五章探讨了多孔材料的破坏过程。第六章通过理论分析和计算机模拟,讨论了缺陷对多孔材料力学性能的影响。第七章给出了结论与展望。 本文采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对多孔材料的力学性能和破坏进行了较深入的分析研究。主要研究内容和结论如下: 1.通过分析多孔材料的微观结构、变形机理,指出影响多孔材料力学性能的主要因素有孔壁材料的本征性质、孔洞的大小、形貌和相对密度。首次建立了蜂窝材料相对密度的统一公式,把Gibson、Ashby的结果作为特例包含在内。 2.研究了多孔材料代表单元各向异性性质,提出了表征胞元形状各向异性参数,建立了相应的理论模型,讨论了胞元形状各向异性对力学性能的影响,指出多数胞元通常呈各向异性,由其周期性排列构成的多孔材料宏观上也体现各向异性,只有当代表单元无序随机排列时,才在宏观上体现统计各向同性,很多形状规则的胞元只具有单轴或多轴对称性,而非各项同性。 3.把泡沫材料中的孔洞看成是一种夹杂,借助细观力学方法求出了多孔材料的等效弹模;得出相对密度对多孔材料力学性能影响的主要结果。 4.选用典型的弹塑性泡沫和典型的脆性泡沫材料进行了不同温度、不同应变率下的单轴拉压实验,进行了显微观察和在位观察。讨论了其本构关系,材料的各向异性,温度、应变率和相对密度的相依性,以及破坏形式。在本实验范围内(准静态),变形速率对材料的力学性能没有显著影响,但应变率变化很大时(超出准静态)其影响不能忽略;在本实验范围内(20℃-330℃),温度的变化会显著影响材料的力学性能,即泡沫材料的弹性模量、屈服极限、强度极限、断裂韧度等随之下降,理论预测与实验结果的趋势吻合较好;对力学性能影响最大的是材料的相对密度;实验同时显示,金属泡沫具有明显的各向异性,证实了第二章的理论分析。 5.将二维蜂窝材料最小代表单元抽象为多边形,将孔壁抽象为梁,定义了多孔材料的周期性拓扑网络结构,求出了代表单元的变形能,用均匀化方法求出了能量密度,
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:O346

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