冲击作用下铝基复合泡沫填充管动态力学及吸能性能研究

摘要

在美国“9.11”事件后，民用建筑和大型公共建筑的抗爆抗冲击计算方法以及防护研究已经在当今土木工程领域得到广泛关注。薄壁金属管构件以及普通泡沫铝填充管构件作为工程领域中最为常见的缓冲吸能构件，已广泛应用于工程结构的碰撞能量耗散系统中。随着材料科学的发展，国内外研究学者将粉煤灰空心球与铝合金相结合，以压力渗透的方式制备成一种铝基复合泡沫材料，其具有相比于普通泡沫铝更高的屈服强度以及较宽的塑性平台，能够表现出更强的承载能力和吸能能力。可以预见，将其替代传统普通泡沫铝与薄壁金属管相结合制备成铝基复合泡沫填充管构件能够具有更高的承载力和吸能性能，以及服役于爆炸冲击、高速撞击等极端荷载条件下的能力。
　　本文选取三种不同空心球平均粒径（150μm、200μm和300μm）的铝基复合泡沫材料作为填充芯材，以6063铝合金圆管为外套管，制备成铝基复合泡沫填充管，对其在轴向冲击和横向冲击作用下的动态力学性能及吸能性能开展试验和数值仿真研究，具体工作如下：
　　（1）使用落锤冲击试验机对三种不同空心微球平均粒径的铝基复合泡沫填充管进行了轴向冲击试验，并给出了填充管试件在冲击作用下的力学性能和吸能性能的量化评价指标，研究铝基复合泡沫空心微球平均粒径、径厚比、冲击速度等参数对试件破坏变形模式、力学性能和吸能性能的影响。对比分析铝基复合泡沫填充管在静力压缩和冲击作用下的力学以及吸能性能。
　　（2）使用落锤冲击试验机对铝基复合泡沫填充管进行了横向冲击试验，研究铝基复合泡沫空心微球平均粒径、径厚比、冲击速度对试件破坏变形模式、力学性能和吸能性能的影响。
　　（3）通过光学金相显微镜观察铝基复合泡沫及填充管试件内部空心微球破坏特征，对材料内部微细观破坏机理进行分析。
　　（4）使用LS-DYNA有限元软件进行轴向冲击和横向冲击数值模拟，对比轴向冲击试验和横向冲击试验结果，计算误差，分析数值模拟的准确性。利用有限元模型，扩大试验参数，进行变参数模拟分析，研究填充管试件的壁厚对冲击作用下的峰值荷载、平均压缩荷载以及质量比吸能的影响。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及来源

1.2 国内外研究现状

1.3 研究现状分析

1.4 本文主要研究工作

第2章 铝基复合泡沫填充管轴向冲击性能研究

2.1 引言

2.2 试验方案设计

2.3 实验结果及分析

2.4 冲击加载与静力加载对比分析

2.5 铝基复合泡沫材料微细观破坏机理分析

2.6 本章小结

第3章 铝基复合泡沫填充管横向冲击性能研究

3.1 引言

3.2 试验方案设计

3.3 试验结果及分析

3.4 冲击加载与静力加载对比分析

3.5 铝基复合泡沫材料微细观破坏机理分析

3.6 本章小结

第4章 铝基复合泡沫填充管落锤冲击数值模拟

4.1 引言

4.2 落锤轴向冲击数值模拟

4.3 落锤横向冲击数值模拟

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢