空心微珠铝基复合泡沫材料压缩力学行为研究

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空心微珠铝基复合泡沫材料是近年来得到人们广泛关注的一种良好的吸能材料,具有低密度、高孔隙率、高比强度、高比刚度、以及优良的缓冲吸能效果。空心微珠铝基复合泡沫材料在实际应用中对于承受动态载荷有着天然的优势。该种泡沫材料由粉煤灰空心球和金属铝基体骨架组合而成,特殊的空心球结构及空心球增强体对材料的加强作用,使得复合泡沫材料具有较高的破坏强度和良好的综合力学性能。居于此,空心微珠铝基复合泡沫材料在承受爆炸、冲击载荷时能够吸收大量的能量,减轻爆炸、冲击载荷对结构的损害。所以研究空心微珠铝基复合泡沫材料在高应变率下的动态力学行为以及材料吸能特性的具有非常重要的意义。本文针对80μm和150μm两种孔径的空心微珠铝基复合泡沫材料在低、中、高三个应变率梯度下的动态力学行为、复合材料基体以及内部空心球的损伤演化规律、缓冲吸能特性等方面进行了深入研究,详细的研究内容如下:(1)采用准静态压缩试验技术、轴向落锤冲击试验技术以及分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对空心微珠铝基复合泡沫材料在低、中、高三个应变率梯度下泡沫铝的动态力学行为以及吸能特性进行了研究,并且着重分析了应变率以及空心球孔径尺寸对空心球/Al复合泡沫动态力学性能的影响规律;(2)利用LS-DYNA大型有限元软件,对轴向落锤冲击试验以及分离式霍普金森压杆试验进行了数值模拟,并进一步验证试验所得结论。(3)通过对压缩后试件的断口表面进行剖光,采用电镜扫描试验技术对照片上胞元的变形模式和损伤破坏机理进行研究;(4)通过对准静态压缩试验、轴向落锤冲击试验以及分离式霍普金森压杆(SHPB)试验结果进行分析整理,对如何评判某种泡沫铝吸能材料的吸能特性、泡沫铝材料在什么工作状态下吸能特性得到最充分的发挥、空心微珠铝基复合泡沫材料的基体材料、相对密度、胞孔尺寸以及材料所处的应变率对材料的吸能特性产生何种影响等问题进行了深入细致的研究;(5)基于电子显微镜所拍摄的电镜扫描试验照片,利用LS-DYNA大型有限元软件分别建立了开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝两种胞元模型,并对泡沫铝内部胞元的变形模式和损伤泡坏机理进行了研究。综上所述,本人在对课题的研究过程中,获取了80μm和150μm两种孔径的空心微珠铝基复合泡沫材料在低、中、高三个应变率梯度下的动态力学行为探究了复合材料基体以及内部空心球的损伤演化规律以及缓冲吸能特性。这些工作对空心微珠铝基复合泡沫材料在工程中的应用具有一定的参考意义。
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