泡沫金屬作為一種應(yīng)用廣泛的新型多功能材料,具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、比剛度大、吸聲、減震吸能等優(yōu)良性能,在航空航天、建筑、交通運(yùn)輸?shù)确矫嬗兄鴱V闊的應(yīng)用前景。泡沫金屬在工程應(yīng)用時(shí)往往承受多軸加載工況,發(fā)生破壞斷裂行為。然而,多軸條件下泡沫金屬的細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其破壞面表征和破壞機(jī)理研究尚屬空白。針對(duì)該科學(xué)問(wèn)題,本文開(kāi)展雙軸等比例加載數(shù)值模擬仿真實(shí)驗(yàn),研究尺寸不規(guī)則度連續(xù)梯度分布的各向異性模型的破壞行為,定量研究尺寸不規(guī)則度梯度參數(shù)對(duì)其破壞面的影響。具體包括:（1）建立尺寸不規(guī)則度連續(xù)梯度變化的泡沫金屬有限元模型并驗(yàn)證其合理性。發(fā)展尺寸不規(guī)則度參數(shù)連續(xù)梯度變化的3D Voronoi模型建模方法;分析模型不規(guī)則度參數(shù)概率統(tǒng)計(jì)和空間分布特性;基于單軸試驗(yàn)驗(yàn)證模型的合理性。（2）研究不規(guī)則度參數(shù)對(duì)泡沫金屬單軸壓縮和單軸拉伸力學(xué)性能的影響。單軸壓縮力學(xué)性能受形狀不規(guī)則度的概率分布和尺寸不規(guī)則度的空間分布參數(shù)顯著影響,不受尺寸不規(guī)則度概率分布影響;因細(xì)觀結(jié)構(gòu)局部變形顯著,單軸拉伸力學(xué)性能受形狀不規(guī)則度概率分布、尺寸不規(guī)則度空間分布和概率分布參數(shù)的影響;單軸壓縮峰值應(yīng)和平臺(tái)應(yīng)力、單軸拉伸屈服應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度均與... 

【文章來(lái)源】：南華大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

泡沫金屬結(jié)構(gòu)類型[4]

21948年，Soknik[19]首次制備出泡沫鋁，為泡沫金屬制備工藝的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，之后學(xué)者們對(duì)泡沫金屬的制備工藝、泡沫金屬和它的復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了大量的研究[20-24]，但多集中在美國(guó)、日本、西歐等國(guó)家，我國(guó)對(duì)于泡沫金屬這種材料的研究起步過(guò)晚[25]，之后我國(guó)一系列的科研機(jī)構(gòu)對(duì)這種材料開(kāi)展了針對(duì)性研究，在單軸加載狀態(tài)下，對(duì)泡沫金屬的變形破壞模式、應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征以及能量吸收特征進(jìn)行研究，取得了大量的研究成果[26-30]。目前泡沫金屬的制備工藝日趨成熟，主要有燒結(jié)法、沉積法、轉(zhuǎn)造法等制備方法[31-36]。隨著3D打印技術(shù)和復(fù)制工藝的發(fā)展[37-39]，已經(jīng)能夠很好的制造出特定的多胞結(jié)構(gòu)材料，如高孔隙率的開(kāi)孔泡沫鋁和高孔隙率的泡沫鋁合金(如圖1.2所示)。通過(guò)技術(shù)制備出良好的多胞材料，這對(duì)多胞材料的進(jìn)一步研究有著重要的價(jià)值。泡沫金屬及其復(fù)合結(jié)構(gòu)在航空航天器[40]、回形填充管[41]、夾芯板[42]等實(shí)際工程應(yīng)用中，往往承受多軸復(fù)雜外荷載作用，這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要基于多軸靜動(dòng)態(tài)加載條件下泡沫金屬的力學(xué)性能。因此，有必要研究多軸加載條件下泡沫金屬的力學(xué)行為。多軸條件下泡沫金屬的力學(xué)行為不能由單軸拉伸/壓縮的力學(xué)性能表征，單軸加載條件下泡沫金屬的力學(xué)性能已無(wú)法滿足工程應(yīng)用的需要。泡沫金屬在實(shí)際應(yīng)用中，往往發(fā)生破壞（如圖1.3所示），需要研究其破壞力學(xué)性能。受實(shí)驗(yàn)條件限制，多軸加載條件下的破壞面數(shù)據(jù)稀少，破壞面表征存在爭(zhēng)議，破壞機(jī)理尚待明確。因此，有必要開(kāi)展泡沫金屬多軸加載條件下的破壞面表征和破壞機(jī)理等力學(xué)性能的研究。(a)角鹽狀泡沫鋁(b)球形孔泡沫鋁圖1.2復(fù)制工藝制造的泡沫鋁[39]

3對(duì)泡沫金屬的破壞面表征和破壞機(jī)理等力學(xué)性能進(jìn)行研究，將為多胞材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其數(shù)值仿真計(jì)算提供破壞參數(shù)。泡沫金屬的細(xì)觀結(jié)構(gòu)顯著影響其力學(xué)性能，如梯度泡沫金屬表現(xiàn)出優(yōu)越的力學(xué)性能[43]，定量研究多軸條件下泡沫金屬的細(xì)觀結(jié)構(gòu)不規(guī)則度對(duì)其破壞面的影響，并揭示破壞的細(xì)觀機(jī)理，有助于完善多胞材料的本構(gòu)理論，指導(dǎo)多胞材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有重要的理論價(jià)值；同時(shí)，該研究結(jié)合3D打印技術(shù)，將直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。1.2泡沫金屬多軸加載試驗(yàn)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)研究一直以來(lái)，多軸加載實(shí)驗(yàn)研究一直是來(lái)研究泡沫金屬材料性能的重要研究手段。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，泡沫金屬的數(shù)值模擬研究開(kāi)始逐漸發(fā)展，對(duì)現(xiàn)階段研究一些特定細(xì)觀結(jié)構(gòu)的泡沫金屬材料有著至關(guān)重要的作用，是一種重要的研究手段。1.2.1多軸加載試驗(yàn)研究目前，國(guó)內(nèi)外泡沫金屬多軸試驗(yàn)主要為準(zhǔn)靜態(tài)雙軸和偽三軸試驗(yàn)，包括雙軸壓縮/拉伸[44-48]、面內(nèi)剪切[49-51]、扭轉(zhuǎn)[46,52,53]和軸對(duì)稱壓縮[45,47,54,55]。雙軸壓縮/拉伸都是通過(guò)面內(nèi)加載的方法來(lái)進(jìn)行，加載時(shí)的加載方向必須垂直于加載面，并且兩個(gè)加載方向必須遵循同時(shí)同步加載的原則。Khan等[56,57]通過(guò)研究設(shè)計(jì)了如圖1.4所示的裝置，解決了雙軸加載不能同時(shí)同步加載的難題，實(shí)圖1.3泡沫鋁夾芯板沖擊破壞圖[42]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]球形孔泡沫純鋁準(zhǔn)靜態(tài)壓縮性能[J]. 王展光,徐玉紅,何德坪.  兵器材料科學(xué)與工程. 2008(04)
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[4]泡沫鋁材:生產(chǎn)工藝、組織性能及應(yīng)用市場(chǎng)（2）[J]. 王祝堂.  輕合金加工技術(shù). 1999(11)
[5]泡沫金屬的研究及其應(yīng)用進(jìn)展[J]. 趙增典,張勇,李杰.  輕合金加工技術(shù). 1998(11)
[6]真三軸儀的研制及其試驗(yàn)方法[J]. 袁聚云,趙錫宏,楊熙章,董建國(guó).  大壩觀測(cè)與土工測(cè)試. 1992(05)



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