多孔材料动态冲击压缩的数值研究

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多孔泡沫金属材料是一种新型吸能材料,由于其独特的力学性能和优异的缓冲吸能特性在诸多工程领域显示了广阔的应用前景。目前,尽管国内外学者对开孔泡沫金属的动态力学行为进行了广泛的研究,但在多孔材料的随机度、孔隙尺寸等因素对其力学性能影响方面的研究相对很少。此外,对于内部填充液体的多孔泡沫金属材料在动态压缩力学性能的实验研究尚不多见,数值模拟研究更是几近空白。因此,对多孔泡沫金属材料及其充液复合材料的动态力学性能的数值研究具有一定的必要性和重要的意义。本文以有限元数值仿真为主要手段,结合前人的实验研究成果,研究了开孔泡沫铜及填充液体后的复合材料动态压缩力学性能和吸能特性,并对其能量吸收规律和机理进行了深入的分析。首先,选取了Kelvin十四面体框架结构作为多孔泡沫铜材料的典型胞元,建立了相同相对密度、不同孔隙率尺寸多孔泡沫铜的规则模型和随机模型。通过数值计算方法研究了孔隙尺寸、随机度以及冲击速度对多孔材料动态力学性能的影响规律。在此基础上,采用流固耦合计算方法进一步建立了充液多孔泡沫铜的Kelvin实体模型,对充液多孔金属材料的动态压缩行为和能量吸收特性进行了分析。重点研究了液体填充、液体粘性、模型随机度、孔隙尺寸和冲击速度等因素对液体填充多孔金属物材料的力学性能的影响。最后,根据数值计算结果,从能量吸收的角度出发,对有/无液体填充条件下多孔金属材料的动态变形过程、能量耗散规律、能量分配情况等进行了分析与讨论,得到了液体粘性耗散、液体动能及固液相互作用等机制对充液多孔材料能量吸收的影响规律。论文的研究成果对于深入理解充液多孔金属材料的动态力学性能和能量吸收特性具有重要的理论意义,对于该材料的发展和工程应用提供了重要的依据。
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