沖擊載荷下梯度多孔金屬力學(xué)行為研究.pdf

1、相對連續(xù)介質(zhì)材料而言,多孔材料一般具有相對密度低、比強度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優(yōu)點。同時，多功能梯度設(shè)計可以利用材料的某一方面或者是幾方面的設(shè)計特點來達到均勻材料所不具備的性能。而多孔金屬材料作為一種集物理功能與結(jié)構(gòu)一體化的新型工程材料，其優(yōu)越的特性和高孔隙的開放式結(jié)構(gòu)，使其可設(shè)計成為密度按照一定規(guī)律分布的多功能梯度結(jié)構(gòu)，滿足服役于各種極端環(huán)境時多功能集成的重大戰(zhàn)略需求。因此，梯度多孔材料引起了學(xué)術(shù)界和工程界的莫

2、大興趣。
　　近來的研究發(fā)現(xiàn)多孔材料引入梯度后會有著比均勻材料更加優(yōu)越的吸能特性，但不同研究得到的結(jié)論存在一些爭議。這說明梯度泡沫的吸能特性并不是一成不變的優(yōu)越于均勻泡沫，因此，并不能籠統(tǒng)地認(rèn)為梯度材料的力學(xué)特性一定優(yōu)于均勻材料，要視實際情況而定，比如壓縮程度，梯度分布，載荷情況等等，這也正是多功能梯度設(shè)計的目的之一。目前對密度梯度多孔金屬的抗沖擊特性研究還并不系統(tǒng)，強動載荷下層梯度多孔材料的能量分布與能量耗散機理并不是十分清楚；

3、應(yīng)力波在梯度多孔金屬中的傳播規(guī)律等問題還有待進一步完善。因此，本文開展了以下工作。首先，工作討論了層梯度圓弧蜂窩和Voronoi隨機蜂窩在恒定速度載荷下的變形機理、應(yīng)力響應(yīng)和吸能特性。考慮密度梯度以后，除了慣性效應(yīng)，不同層的準(zhǔn)靜態(tài)屈服強度也是影響變形模態(tài)的一個重要因素，尤其是在中低速撞擊載荷下的變形；當(dāng)沖擊載荷足夠高時，慣性效應(yīng)掩蓋了屈服強度的影響成為主導(dǎo)梯度蜂窩變形的唯一因素。沖擊端壓縮應(yīng)力受沖擊速度和密度梯度的影響，而材料的準(zhǔn)靜態(tài)屈

4、服應(yīng)力以及梯度蜂窩的變形模態(tài)成為影響固定端應(yīng)力水平的決定性因素。其次，研究發(fā)現(xiàn)基底材料應(yīng)變強化會影響閉孔泡沫動態(tài)力學(xué)性能，為了完善該方面的研究，本文采用了三維Voronoi模型對基底材料應(yīng)變強化效應(yīng)進行了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)存在應(yīng)變強化效應(yīng)收斂現(xiàn)象。再次，先前研究中用來預(yù)測梯度泡沫塑性響應(yīng)的不同分析模型，主要是從 R-P-P-L模型拓展而來，即忽略了泡沫壓縮過程中的應(yīng)變強化效應(yīng)，而只考慮平臺應(yīng)力和自鎖應(yīng)變（即密實應(yīng)變）兩個關(guān)鍵參數(shù)，這與