闭孔泡沫铝的动态压缩力学性能试验研究

摘要

泡沫铝作为一种多孔金属材料，相比于传统的金属和有机材料，具有质轻以及更强的吸能能力等优点，使其在交通和航空航天领域被广泛使用。随着民用建筑抗爆研究的开展，泡沫铝作为吸能材料，逐渐用于减轻爆炸冲击波对建筑主体结构的作用。为了揭示泡沫铝的减爆作用机理，完善其减爆设计理论与方法，亟需对泡沫铝材料在高应变率下的力学性能进行系统研究。本文利用实验室的INSTRON高速动力加载系统，开展了闭孔泡沫铝材料在高应变率下的动态压缩力学性能试验研究，主要内容和结论如下:
　　(1)结合以往的试验研究成果制备出合适尺寸的闭孔泡沫铝试件。对霍普金森压杆（SHPB）试验技术以及直接撞击试验技术的应用进行了总结，并介绍了其试验原理及假定。对实验室INSTRON高速动力加载系统进行了介绍，并根据试验设备的性能参数和工作原理，通过在作动器中加入一段“刚度足够大的可破坏的”有机玻璃(PMMA)管，可以解决INSTRON在高速压缩过程中存在的减速段问题，使其适用于闭孔泡沫铝的动态压缩试验。
　　(2)为了研究闭孔泡沫铝高速压缩试验中的惯性效应，采用改进的INSTRON高速动力加载系统，并利用正向试验和反向试验技术对15、30mm厚的闭孔泡沫铝试件进行试验研究。结果表明试件越厚，闭孔泡沫铝在高速压缩试验中的惯性效应越明显;在加载速度确定的情况下，通过设计合适的试件厚度，可以消除泡沫铝高速压缩试验中惯性效应的影响。
　　(3)基于惯性效应试验的研究结果，选用15mm厚的闭孔泡沫铝试件进行了10～1000s-1应变率下的高速压缩试验，并采用吸能效率法处理试验数据。结果表明在高速压缩下，闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同，具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应，而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势，初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。随着应变率的逐渐增加，闭孔泡沫铝的单位体积吸能能力也随之提升。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 泡沫铝的种类

1．3 泡沫铝的力学行为研究现状

1．3．1 影响泡沫铝力学性能的主要因素

1．3．2 泡沫铝的力学试验

1．3．3 泡沫铝压缩性能和吸能特性研究

1．3．4 泡沫铝的应变率效应研究

1．3．5 惯性效应对泡沫铝在高速压缩下力学行为的影响

1．3．6 泡沫铝力学性能研究中存在的问题

1．4 本文的主要研究内容

1．4．1 试验仪器的选用以及改进措施

1．4．2 惯性效应对泡沫铝在高速压缩下力学行为的影响

1．4．3 泡沫铝的动态力学性能及其吸能能力

第二章 闭孔泡沫铝压缩试验设计

2．1 泡沫铝试件的制备以及尺寸确定

2．2 准静态条件下压缩试验的设备

2．3 高速压缩试验设备

2．3．1 分离式霍普金森杆装置的运用及原理

2．3．2 直接撞击法在泡沫铝动态力学性能研究中的应用

2．3．3 INSTRON高速动力加载系统的应用以及改进

2．4 本章小结

第三章 闭孔泡沫铝的准静态力学性能试验研究

3．1 闭孔泡沫铝的准静态压缩试验

3．1．1 准静态试验过程

3．1．2 准静态试验结果及分析

3．2 闭孔泡沫铝的孔隙模型及准静态力学公式

3．3 本章小结

第四章 闭孔泡沫铝在高速压缩下的惯性效应试验研究

4．1 闭孔泡沫铝的惯性效应试验

4．1．1 惯性效应试验方案

4．1．2 惯性效应试验过程

4．2 惯性效应试验结果及分析

4．3 本章小结

第五章 闭孔泡沫铝在高速压缩下的应变率效应试验研究

5．1 闭孔泡沫铝的应变率效应试验

5．2 应变率效应试验结果及分析

5．2．1 应力-应变曲线

5．2．2 平台应力

5．2．3 致密应变

5．2．4 吸能能力

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢