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针对航空航天飞行器、高速列车和汽车发生撞击时,耐撞结构的抗坠撞或碰撞设计问题以及防弹衣的抗冲击性能等问题(例如,功能梯度多层金属材料应用于汽车防撞结构中遇到的冲击问题等),本文研究了由表面机械研磨处理方法得到的功能梯度多层金属板在动态双剪切和反向穿甲条件下的力学响应,旨在研究梯度材料在动态加载条件下的力学特性和抗穿甲能力。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)功能梯度多层金属板的双剪切试验技术研究。首先,为了实现功能梯度多层金属板的动态双剪切力学性能的测试,系统地分析了大直径Hopkinson杆在实验测试中的误差问题及其解决途径,设计了可进行双剪切试验的试样和夹具。其次,采用表面机械研磨方法制备了功能梯度多层板的剪切试样,利用万能试验机和Hopkinson压杆进行了在准静态和动态加载下的双剪切试验,分析了平面剪切等效应变和等效应力的计算公式;最后,对双剪切动态和准静态的试验结果进行了对比分析。(2)双剪切试验的数值模拟。为了更加详细地描述双剪切试验过程和得到更为准确的试验数据,采用ABAQUS有限元软件,系统地研究了剪切区域内的应变和应力状态,分析了剪切区域长度对模拟结果的影响,得到了夹具装置对剪切区域的变形均匀性的影响规律。分析了大变形剪切时,有限元软件中对名义应变的定义。研究结果表明,在数值模拟中,可由累积欧拉应变法计算等效应变和由柯西应力法计算等效应力。(3)多层金属功能梯度材料中各层材料本构参数的研究。通过梯度不锈钢板的压痕试验,得到了试样沿厚度方向上的梯度分布规律。采用加权平均的方法,得到了每一个梯度层的弹塑性本构关系表达式。采用数值模拟的方法,构建了弹塑性延性破坏数值模型,得到了每一个梯度层的破坏应变。(4)功能梯度多层金属板抗穿甲特性的研究。制备了具有功能梯度的试样,设计了试验夹具,分别采用MTS810静态试验机和改进的Hopkinson压杆实验装置,对制备的试样进行了准静态和冲击载荷下的穿甲试验,并结合试验结果进行了穿甲的数值模拟。得到了两种加载条件下的穿甲位移和穿甲力曲线,通过穿甲模拟验证了该梯度材料中每一个梯度层的破坏应变。最后,分析了经过表面机械研磨处理的材料的应变率敏感性,对比研究了经过表面机械研磨处理的靶板和未经过表面机械研磨处理的靶板的抗穿甲能力。(5)材料梯度的优化设计。采用ABAQUS/Explicit数值模型,分别从梯度分布和铺层顺序两个方面对梯度靶板进行了优化设计,评估了梯度靶板的吸能效果和抗穿甲能力。