铝蜂窝静动态压缩行为研究

摘要

铝蜂窝作为一种类似于自然界蜂窝形状的多孔材料，具有质量轻，比强度和比刚度高、消音和隔振性能好等特性。特别是铝蜂窝法向压缩过程中特殊的变形模式，通过蜂窝胞壁的塑性变形吸收大量的能量，缓和冲击力，其已大量应用于包装、重要设备的防护及结构体内部填充以及军事工程中。由于在应用中，铝蜂窝主要承受异面载荷作用，其异面压缩行为的研究具有实际工程的指导意义。本文以正六边形铝蜂窝夹芯为研究对象，对其在异面静态及动态压缩行为进行实验研究，并同时采用数值有限元模拟方法模拟了铝蜂窝在高速冲击作用下的异面压缩行为，根据实验及数值有限元模拟结果，得到了如下结论:
　　(1)在静态及动态压缩中，铝蜂窝的异面压缩应力-应变曲线都呈现典型三阶段形式:即弹性阶段;屈服平台阶段;致密化阶段。
　　(2)铝蜂窝基体材料、相对密度及高度对其屈服平台应力强度有较大影响，而面板厚度对蜂窝平台应力强度影响较小;铝蜂窝静动态致密化应变大于60％，其致密化应变大小主要与铝蜂窝相对密度有关。
　　(3)对边长1.0～1.83mm，厚度0.04～0.06mm，相对密度0.05～0.06的三种5052 H18铝合金蜂窝在1000S-1速率条件下动态压缩与其准静态压缩屈服平台应力进行对比，发现铝蜂窝的稳态屈服平台应力均具有明显的应变率敏感特性，应是材料特性—孔格参数—空气压缩特性三者联合作用的结果。
　　(4)对相对密度0.05、0.06、0.061的5052 H18铝合金蜂窝在20m/s速率压缩下的压缩行为建立单元阵列模型进行数值有限元模拟，其结果与动态压缩实验值比较符合。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 夹层复合材料

1．1．1 夹层复合材料简介

1．1．2 夹层复合材料特性

1．1．3 夹层复合材料应用

1．2 夹层复合材料常用夹芯现状

1．2．1 泡沫材料

1．2．2 蜂窝

1．2．3 点阵结构夹芯

1．2．4 夹芯制备方法

1．3 铝蜂窝夹芯研究现状

1．4 本文研究内容及意义

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究意义

2 实验方法与过程

2．1 实验样品

2．2 实验方法

2．2．1 准静态压缩实验

2．2．2 动态压缩实验

3 铝蜂窝静态压缩力学行为

3．1 引言

3．2 实验材料和方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验方法

3．3 实验结果与分析

3．3．1 铝蜂窝静态压缩力学行为概述

3．3．2 不同厚度面板对铝蜂窝静态压缩行为影响

3．3．3 不同高度对铝蜂窝静态压缩行为影响

3．3．4 不同基体材料对铝蜂窝静态压缩行为影响

3．3．5 不同相对密度对铝蜂窝静态压缩行为影响

3．4 结论

4 铝蜂窝动态压缩力学行为

4．1 引言

4．2 实验材料和方法

4．2．1 实验样品

4．2．2 实验方法

4．3 实验结果

4．3．1 应力波形图

4．3．2 应力应变曲线分析

4．3．3 致密化应变和稳定屈服平台应力

4．4 动态能量吸收特性分析

4．4．1 吸能能力

4．4．2 吸能效率

4．5 结论

5 铝蜂窝动态压缩行为有限元数值模拟

5．1 引言

5．2 ANSYS／LS-DYNA简介

5．2．1 有限元软件ANSYS／LS-DYNA

5．2．2 ANSYS／LS-DYNA有限元分析一般过程

5．3 建立有限元模型

5．4 后处理及结果分析

5．4．1 仿真计算结果的分析方法

5．4．2 铝蜂窝动态压缩变形形态

5．4．3 铝蜂窝动态压缩应力分布云图

5．4．4 有限元分析结果与实验对比

5．5 本章小节

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢