闭孔泡沫铝静态力学性能与孔结构变形实验研究

摘要

泡沫金属材料具有较高的比强度和比模量,是较为理想的轻质结构材料。力学性能是结构材料研究和使用的基本参数。随着泡沫材料的广泛应用和迅速发展,使得力学行为成为泡沫金属材料研究的重要内容之一。本文主要开展了如下几个方面的研究工作： 1.介绍了泡沫金属材料制备技术及其性能和应用,着重论述了目前泡沫金属材料力学性能的研究成果,并从实验的角度详细说明了针对泡沫金属材料的力学性能进行测试时需要注意的几个方面。鉴于传统的测试方法只能对泡沫金属材料的力学性能进行宏观尺度上的整体测量,而无法跟踪个别或者少数几个孔洞在加载过程中的变形情况。因此提出了利用数字图像相关方法结合高分辨率数字图像采集和放大成像等技术,研究闭孔泡沫铝试件表面孔结构在静态压缩情况下的力学特性参数变化,以及不同截面上的孔洞大小、形状、位移的变化规律。 2.介绍了数字图像相关方法的基本原理和实验技术,并且对数字图像相关方法以及自主开发的计算程序的结果准确性进行了模拟实验的验证,证明了本文所用的数字图像相关方法及程序所计算出的结果与实际情况基本吻合,满足计算精度要求,因此可以用来作为对闭孔泡沫铝试件静态受压试验的测试方法。 3.以闭孔泡沫铝材料为研究对象,采用CCD及计算机处理系统,实时获取加载变形前后闭孔泡沫铝材料的表面图像。利用数字图像相关方法对变形前后的图像进行相关,获得了弹性范围内静态压缩情况下闭孔泡沫铝材料表面孔结构的全场变形。实验研究了闭孔泡沫铝材料在单轴压缩过程中试件表面不同截孔随载荷的变形规律,得到了试件表面不同截孔在不同轴向载荷作用下的全场位移定量分布结果,并对不同相对密度的试件以及不同孔洞在加载过程中的变形情况进行了分析,给出了试件表面不同形状孔截面边界位移的矢量分布图,同时根据试验结果计算了试件的名义弹性模量及名义泊松比。测试及分析结果表明了该方法的有效性和可行性,为泡沫铝材料力学性能的检测研究提供了新的途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1泡沫金属材料概述

1.2泡沫金属力学性能的主要参数

1.3多孔泡沫金属材料国内外研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4泡沫金属材料的制备、性能及应用

1.4.1泡沫金属材料的制备

1.4.2泡沫金属材料的性能及应用

1.5光学无损检测技术

1.6问题的提出

1.7本文的主要研究内容

第二章泡沫金属材料力学性能的研究现状

2.1泡沫金属材料力学性能理论分析

2.2泡沫金属材料有限元结构模型

2.3泡沫铝力学性能的实验研究

2.3.1静态压缩行为

2.3.2动态压缩行为

2.3.3应变率效应

2.3.4孔径效应

2.3.5基体材料效应

2.3.6微结构缺陷效应

2.4总结与讨论

第三章数字图像处理和数字图像相关方法概述

3.1数字图像处理技术概述

3.2数字图像相关方法

3.2.1概述

3.2.2数字图像相关方法的种类

3.2.3数字图像相关基本原理

3.3搜索方法的讨论

3.3.1搜索算法

3.3.2搜索方法的种类

3.4数字图像相关中的亚像素定位技术

3.4.1插值

3.4.2拟合

3.4.3基于梯度的计算方法

3.4.4影响亚像素定位精度的因素

3.5数字图像相关方法的验证实验

3.6存在的问题

第四章数字图像相关方法在闭孔泡沫铝压缩试验中的应用

4.1闭孔泡沫铝静态压缩试验

4.2试验结果

4.2.1对试件S1的加载测试结果

4.2.2对试件S2的加载测试结果

4.2.3单孔受压变形规律

4.2.4名义弹性模量及名义泊松比的测量

4.3试验结果分析

4.4本章小节

第五章总结与展望

5.1全文工作总结

5.2今后工作展望

参考文献

致谢