沖擊載荷作用下梯度泡沫的壓縮特性分析.pdf

1、多孔泡沫金屬具有優(yōu)異的物理學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用在體育、交通、航空等領(lǐng)域。相比于均勻泡沫的優(yōu)異特性，許多學(xué)者提出了一種新的以不同密度或結(jié)構(gòu)組成的新型結(jié)構(gòu)材料，并把它定義為梯度材料，并且對其進(jìn)行了一定的理論和數(shù)值分析。研究表明梯度模型在某些方面呈現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，如能量吸收方面和抵抗沖擊的能力等方面。
　　本文應(yīng)用3D-Voronoi技術(shù)生成閉孔泡沫模型，結(jié)合有限元分析方法模擬梯度泡沫在不同沖擊速度的壓縮特性和變形機(jī)理。結(jié)果表明，在低

2、速載荷作用下(v=30 m/s)，各泡沫模型都在低密度區(qū)域發(fā)生變形。在中等載荷作用下(v=80 m/s)，負(fù)梯度泡沫（沿著沖擊端，泡沫密度越來越?。┏尸F(xiàn)出兩邊變形的變形模式。通過對負(fù)梯度模型名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線和兩邊變形的特點(diǎn)，在本文中提出了一種新的定義局部密實(shí)化應(yīng)變的方法，并研究了相對密度和密度梯度對它的影響。通過局部密實(shí)化定義了密實(shí)化因子，最后利用密實(shí)化因子定義了臨界沖擊速度。在高速沖擊載荷作用過程中(v=200 m/s)，不同工況的

3、泡沫金屬都呈現(xiàn)出一種變形特點(diǎn)，即沖擊端最先局部密實(shí)化，然后逐步向支撐端傳播，直到最后壓實(shí)；并且基于均勻泡沫沖擊波模型，推導(dǎo)出梯度模型在高應(yīng)變率下的梯度沖擊波模型，并把它與模擬結(jié)果進(jìn)行對比，以此來證明理論推導(dǎo)的可行性。
　　最后把不同工況的梯度模型的初始峰值應(yīng)力和能量吸收能力進(jìn)行了對比，通過對名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線和變形模式的研究發(fā)現(xiàn)，不論在低速還是在高速載荷作用下，泡沫金屬在變形初期，正密度梯度泡沫（密度越來越大）可以有效的保護(hù)沖擊物