【摘 要】
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近年来随着航空、航天及汽车工业领域防护结构的广泛应用及电子产品封装界面可靠性要求的提高,工程设计中金属层合材料的波阻抗错配机制对服役行为的影响以及其界面冲击动力学的研究工作却较为欠缺。为了让金属层合材料能够在工程应用中得到更加合理的利用,开展金属层合界面波阻抗错配冲击拉伸响应行为研究具有极其重大的现实意义与学术价值。本文为了探究波阻抗错配机制下金属层合界面冲击拉伸响应行为,通过采用分离式霍普金森拉
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近年来随着航空、航天及汽车工业领域防护结构的广泛应用及电子产品封装界面可靠性要求的提高,工程设计中金属层合材料的波阻抗错配机制对服役行为的影响以及其界面冲击动力学的研究工作却较为欠缺。为了让金属层合材料能够在工程应用中得到更加合理的利用,开展金属层合界面波阻抗错配冲击拉伸响应行为研究具有极其重大的现实意义与学术价值。本文为了探究波阻抗错配机制下金属层合界面冲击拉伸响应行为,通过采用分离式霍普金森拉杆实验设备对铜/铝层合材料试样进行冲击拉伸实验,分析应力波在波阻抗错配金属层合材料中的传播,层合界面结构动态响应行为及其能量耗散机理,之后以应力波理论为基础,对铜/铝层合材料冲击拉伸行为进行数学模型的构建,并且应用有限元分析方法对分离式霍普金森拉杆实验进行数值模拟研究。详述如下:（1）采用分离式霍普金森拉杆设备对铜/铝层合材料进行冲击拉伸实验。实验结果表明,当试样的层合界面沿应力波传播方向平行安装时,界面在无滑移条件下因波阻抗错配而产生剪切应力,调节试样实现应力平衡;试样的极限应力随着冲击拉伸载荷加载速率的提高而增加,体现出材料的应变率强化效应;进一步,分析试样的本构行为,可将其等效为一种满足Johnson-Cook模型的均质材料。相应的,根据实验数据推测铜/铝层合材料由于波阻抗错配界面的存在,界面剪切应变耗能占比约25%。（2）基于应力波理论构造铜/铝层合材料冲击拉伸数学模型,结果表明在冲击拉伸载荷下金属层合界面的剪切应力与材料的波阻抗错配程度、冲击拉伸加载速度呈现出正相关的关系。（3）应用ANSYS/LS-DYNA软件对分离式霍普金森拉杆实验过程进行有限元仿真,计算得到的仿真结果与实验结果基本吻合,证明数值模拟方法的有效性,同时仿真所得到的试样层合界面剪切应力与时间的曲线表明,铜/铝金属层合界面存在剪切应力,其最大值与数学模型所计算出的结果具有良好的可比性。
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