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多孔材料力学性能数值模拟

廖明顺  
【摘要】:多孔泡沫金属是一种新型工程材料,这种轻质材料不仅保留了金属的本性,还具备许多新特性,如吸能、隔音、隔热等。因此,其应用范围在不断扩大,并吸引了越来越多的学者关注。 本文主要是对多孔材料在压缩过程中的变形机制以及能量吸收性进行有限元模拟研究。 对于金属蜂窝材料,在相对密度范围为0.1-0.4内建立了7种不同相对密度的金属蜂窝材料模型,利用MSC.Marc有限元分析软件对其进行有限元模拟分析,比较研究了相对密度对蜂窝材料的变形机制、屈服强度、平台应变及能量吸收性能的影响。此外,还在相对密度为0.15的模型基础上建立了含有断边、填充、小孔(BSB)以及大孔(SBS)四种缺陷模型,有限元模拟分析结果表明:断边和大孔(SBS)是两种性质相同的缺陷,使变形带从缺陷处产生;填充和小孔(BSB)也是两种性质相同的缺陷,变形带通过绕过缺陷的方式扩展。另外还对缺陷数量的影响进行了系统的研究。 对于泡沫材料,由于其结构本身的复杂性,本文通过运用计算机图形学和Visual Basic编程语言方面的知识,编写了结构分析软件(BWJScan),通过该结构分析软件可以从泡沫材料的截面图中获取泡沫材料的孔隙率、孔径与孔径分布、孔穴的形状系数以及孔穴的平均孔径,并能从泡沫材料的截面图中提取出泡沫材料的二维模型。将泡沫材料的二维模型导入MSC.Marc有限元分析软件后,对泡沫材料的压缩变形的变形机制以及应力分布情况进行了初步的研究,结果表明:泡沫材料塑性变形是不均匀的,部分孔壁的局部发生弯曲变形,形成与载荷方向垂直的变形带。


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