泡沫铝静动态压缩力学行为、吸能性能及压缩破坏机理的实验研究

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泡沫铝是一种性能优良的缓冲吸能材料,研究其在静动态载荷作用下的压缩力学行为和吸能性能具有重要意义。本文研究的泡沫铝铜合金是一种新型的闭孔泡沫铝材料。关于泡沫铝铜合金在准静态及高应变率下的压缩力学行为有人曾进行了一些研究工作,但在中低速载荷作用下,如落锤实验,对于该材料的力学行为和吸能性能的研究工作未见报道。在传统的管式吸能装置中,采用泡沫铝材料作为填充物,可以提高结构的刚度和吸能能力,从而改进缓冲吸能装置的性能。国外的许多文献都报道了由泡沫铝充当芯材的夹心式组合结构的静动态压缩力学行为的实验研究工作,而在国内,此方面的工作却少有研究。 本文研究了泡沫铝铜合金材料及其钢质圆管组合试件的静态压缩力学行为和吸能性能,首次通过落锤实验对泡沫铝铜合金材料及其组合试件在中低速冲击载荷作用下的力学行为和吸能性能进行了系统研究,并与泡沫纯铝材料进行了比较。最后,对泡沫铝铜合金材料和泡沫纯铝材料细观胞孔结构的静动态压缩破坏机理进行了初步的讨论和分析。下面就从这三个方面来简要介绍本文的主要工作。 1.通过准静态压缩实验,系统研究泡沫铝铜合金材料、泡沫纯铝材料及其各自组合试件的静态压缩力学行为和吸能性能,并将这两类材料的力学性能进行对比分析。 1)采用比能来评价泡沫铝材料的吸能能力。对于泡沫铝铜合金材料,建立一定密度下该材料的比能一应力和比能一应变曲线,直观比较分析不同密度的泡沫铝铜合金材料的吸能情况。该曲线对工程设计具有较好的指导意义。 2)对静压实验得到的一定密度范围的泡沫铝铜合金材料的相对弹性模量和相对平台应力分别关于相对密度进行曲线拟合,将Gibson等给出的开孔泡沫理论公式中的幂次常数修正为由实验确定的参数,可以给出闭孔泡沫铝铜合金材料的相对弹性模量与相对密度以及相对平台应力与相对密度之间关系的一个较好的估计。 3)分析泡沫铝组合试件的静态压缩力学行为,利用修正后的Hanssen经验公式计算静压下泡沫铝组合试件的平均载荷,并将理论计算结果与实验结果进行对比。 综上所述,由泡沫铝材料的初始密度出发,可直接算得泡沫铝组合试件的平均载荷值,从而达到指导工程设计的目的。 2.通过落锤实验研究泡沫铝铜合金材料及其组合试件在中低速冲击载荷作用下的力学行为和吸能性能。并同泡沫铝铜合金材料静态压缩力学行为进行对比,研究该材料静动态载荷作用下力学行为的差异。 3.对泡沫铝材料在不同载荷作用下的变形、破坏和损伤情况进行研究,分析材料内部变形压碎带的发展过程,并将泡沫铝铜合金同有关文献给出的Alulight和Alporas泡沫铝的静态压缩变形过程进行对比,研究不同基材的泡沫铝材料胞孔结构
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