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泡沫铝质材料屈服行为的数值研究

竺汝彬  
【摘要】: 泡沫铝材料是一种在铝或铝合金基体中分布着大量孔洞的新型轻质多功能材料,具有许多传统密实金属和多孔聚合物不可比拟的优点,它兼具了功能材料和结构材料的特点,是一种很有发展前景的新型材料。 本文采用细观力学方法,通过有限元计算讨论了泡沫铝材料的屈服行为和后继屈服行为。首先利用三维Voronoi图建立了开孔泡沫金属材料的细观力学模型,利用有限元方法模拟了模型在几种典型荷载作用下的变形情况。结果表明:(1)在细观层次上,泡沫金属材料可能存在的两种主要的变形机制,即在受到拉伸时,主要产生弹塑性变形;而在受到压缩时,除了产生弹塑性变形以外,还会发生局部的失稳现象。在宏观层次上,上述两种变形机制都会导致泡沫材料屈服。(2)不同于传统的密实材料,由于塑性可压,泡沫金属的初始屈服面不是严格的柱面,会沿着静水压力线的方向呈现出一定的锥度,而且屈服面上会有“凹陷区域”存在。 利用上述模型,还进行了开孔泡沫铝质材料后继屈服行为的有限元模拟。通过分别改变预加载路径的Lode参数μ以及应力分量的第一主不变量J1,讨论了在以上两参数独立变化时,泡沫金属材料后继屈服面的变化。结果表明:(1)改变预加载路径的Lode参数会对模型屈服面的位置以及屈服面上“凹陷区域”形状造成影响。(2)改变预加载路径的静水压力会造成屈服面的移动和扩大。体积可压性依然会对后继屈服面产生比较大的影响。


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