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泡沫铝基于椭圆随机孔隙模型的力学性能研究

胡正龙  
【摘要】:发展新型可靠的建筑材料是建筑与土木工程发展的必然趋势。泡沫铝因具有轻质高强、低导热性、耐热性、能量吸收、吸声性等特性,已然成为了新型的结构材料。本文通过设计Fortran语言自编译程序,采用ANSYS/LS-DYNA软件建立椭圆随机孔隙模型,模拟泡沫铝准静态和动态条件下的单轴压缩、拉伸试验,分析孔隙率、应变率(10s-1~100s-1)、基体性能对泡沫铝压缩、拉伸力学性能的影响,研究泡沫铝的吸能特性,并将所得模拟结果与现有文献中的试验结果进行比较,验证椭圆随机孔隙模型的有效性,为泡沫铝的研究与应用提供理论依据。具体研究结果包括:对不同孔隙率的泡沫铝进行了准静态压缩、拉伸模拟,研究孔隙率、基体性能对泡沫铝压缩、拉伸力学性能的影响。研究表明:随着孔隙率的增加,泡沫铝的弹性模量和屈服强度减小,抗拉强度降低;相同孔隙率下的泡沫铝的抗拉强度低于抗压强度;泡沫硅铝合金的屈服强度和抗拉强度均高于纯铝的。通过对泡沫铝进行了动态压缩和拉伸模拟,研究应变率(10s-1~100s-1)对泡沫铝力学性能的影响。研究表明:泡沫铝在动态压缩模拟中的应变率敏感度分别为3.5%和0.8%;泡沫铝在动态拉伸模拟中的应变率敏感度分别为0.62%和2.85%,因此泡沫铝在应变率为10s-1~100s-1范围内对应变率不敏感;对泡沫铝的吸能特性进行研究,研究表明:泡沫铝的吸能性能随着应变量的增加而增大,在相同的应变量条件下,孔隙率越大的泡沫铝吸收的能量越少;孔隙率对泡沫铝材料的吸能效率影响很小。


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