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泡沫铝和泡沫铝夹芯梁冲击力学行为研究

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致谢

第一章绪论

§1.1泡沫金属材料概述

§1.2泡沫金属材料力学性能研究现状

§1.2.1泡沫金属材料准静态力学性能

§1.2.2泡沫金属材料动态力学性能

§1.2.3泡沫金属材料本构模型理论研究

§1.3泡沫金属材料夹芯结构冲击力学性能研究

§1.3.1夹芯结构简介

§1.3.2泡沫金属材料夹芯结构准静态力学性能

§1.3.3泡沫金属材料夹芯结构冲击力学性能

§1.4本文工作目的和简介

第二章泡沫铝动态多轴压缩力学性能

§2.1引言

§2.2泡沫铝准静态实验多轴压缩力学性能

§2.3泡沫铝准静态宏观本构模型

§2.3.1可压缩弹塑性本构模型框架

§2.3.2泡沫铝材料准静态本构特征实验理论

§2.3.3针对泡沫铝材料本构特征实验的理论修正

§2.4泡沫铝动态实验多轴压缩力学性能

§2.5泡沫金属材料动态本构关系

§2.6本章小结

第三章细观结构因素对泡沫铝动态性能的影响

§3.1引言

§3.2孔洞形状对于泡沫铝动态性能的影响

§3.2.1泡沫铝孔洞形状比较

§3.2.2不同孔洞泡沫铝准静态力学性能比较

§3.2.3不同孔洞泡沫铝动态力学性能比较

§3.3橡胶填充对于泡沫铝动态性能影响

§3.3.1有硅橡胶填充和无硅橡胶填充泡沫铝细观形貌

§3.3.2橡胶填充对于泡沫铝准静态力学性能影响

§3.3.3橡胶填充对于泡沫铝动态力学性能影响

§3.4本章小结

第四章泡沫铝夹芯梁的准静态三点弯曲性能

§4.1引言

§4.2夹芯梁准静态初始失效模式分析

§4.2.1修正的Gibson失效模式分析

§4.2.2考虑芯层和表皮材料常数的初始失效模式分析

§4.3泡沫铝夹芯梁准静态三点弯曲实验

§4.3.1泡沫铝夹芯梁的组成材料及试件制备

§4.3.2准静态三点弯曲实验设计及设备简介

§4.3.3泡沫铝夹芯梁准静态三点弯曲实验结果

§4.3.4理论和试验失效模式比较

§4.3.5理论和试验结构承载能力比较

§4.4本章小结

第五章泡沫铝夹芯梁的冲击三点弯曲性能

§5.1引言

§5.2冲击三点弯曲实验装置及夹芯梁冲击三点弯曲试验设计

§5.2.1泡沫铝夹芯梁的冲击三点弯曲实验装置及测试系统

§5.2.2冲击速度测量

§5.2.3夹芯梁冲击变形过程相关力学量的测量

§5.3泡沫铝夹芯梁的冲击实验结果

§5.3.1试验数据处理方法及数据有效性

§5.3.2泡沫铝夹芯梁冲击初始失效模式

§5.3.3冲击力随时间的变化及泡沫铝夹芯梁冲击变形过程

§5.3.4冲击力随落锤锤头位移的变化

§5.4泡沫铝夹芯梁冲击失效行为的数值模拟

§5.4.1有限元模型的建立和网格划分

§5.4.2数值模拟初始失效模式

§5.4.3数值模拟冲击力历史

§5.5本章小结

第六章结论与展望

§6.1泡沫铝及泡沫铝夹芯梁研究工作的总结

§6.2现有研究工作的不足和进一步工作的展望

参考文献

附录:作者攻读博士学位期间发表的论文

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摘要

本文采用实验研究、理论分析和数值模拟等多种研究手段相结合的方法,对泡沫铝的动态多轴加载力学性能和本构关系、细观因素对泡沫铝动态力学性能的影响机理、泡沫铝夹芯梁的准静态和冲击力学性能进行了深入的研究。   本文首先针对泡沫金属材料,设计两种简单易行的被动多轴加载试验方法。通过准静态本构特征试验,证明了Chen[73]多轴本构模型在研究泡沫铝准静态压缩力学性能上的有效性。然后将被动多轴加载试验方法拓展到分离式Hopkinson压杆装置上,实现了对泡沫铝的多轴动态加载,得到了泡沫铝在各种应变率下的多轴动态加载应力应变曲线。在详细讨论加载应变率、应力状态对于泡沫铝动态力学性能影响的基础上,通过假设Chen模型中的材料参数应变率相关,将该准静态本构模型简单推广为动态多轴本构模型,试验结果和理论计算结果符合较好,证明这种推广的可行性,为进一步深入研究泡沫金属材料多轴动态本构模型建立了基础。   鉴于细观因素对于泡沫金属动态力学性能影响的研究刚刚起步,本文对于孔洞形状和橡胶填充等细观因素对于泡沫铝动态力学性能的影响进行了试验和数值分析研究,深入讨论了这些因素影响材料性能的细观机理。

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