空心球-Al合金復合材料動態(tài)力學性能及損傷破壞特性研究.pdf

1、空心球/Al合金材料是一種具有低密度、較高屈服強度以及良好緩沖吸能效果的新型復合材料。在工程應用中，該類材料主要用于承受動態(tài)載荷。由于材料內部的空心結構以及空心球較高的破壞強度，因此該類材料在動態(tài)加載過程中能夠吸收較多的能量，有效減少動態(tài)載荷帶來的危害。因此對該類材料在動態(tài)載荷下的力學行為及材料破壞模式的研究具有非常重要的意義。本文針對空心球/2024Al合金和空心球/6061Al合金兩種復合材料進行了動態(tài)力學性能、緩沖吸能特性、復合材

2、料內部空心球的損傷破碎特性等方面的研究。主要研究內容包括：
　?、爬脤嶒炇易灾频腜VDF壓電計，對空心球/Al合金復合材料在動態(tài)壓縮實驗中的應力均勻性進行測試以保證實驗結果的可靠性；利用分離式霍普金森壓桿對空心球/2024Al合金復合材料和空心球/6061Al合金復合材料及其基體合金進行了不同應變率下的動態(tài)壓縮實驗，獲取不同加載應變率下空心球/Al合金復合材料及其基體合金的應力應變關系。
　?、评脪呙桦娮语@微鏡對不同應變

3、率壓縮后的回收試樣的斷口形貌及復合材料內部空心球的破壞情況進行了觀察，并對復合材料內部空心球的破壞模式和損傷演化規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)在動態(tài)壓縮初期沿空心球經(jīng)線方向產(chǎn)生裂紋，后期逐漸過渡到沿空心球赤道方向產(chǎn)生裂紋并最終崩塌。
　?、抢梅蛛x式霍普金森壓桿對普通開孔泡沫鋁材料進行動態(tài)壓縮實驗，比較了相同沖擊速度下空心球/Al合金復合材料和泡沫鋁材料的能量吸收能力和能量吸收率，發(fā)現(xiàn)空心球/Al合金復合材料具有良好的緩沖吸能效果；對由空心球

4、/Al合金復合材料作緩沖層的復合結構的應力波傳播特性進行了實驗和數(shù)值模擬研究。
　　⑷利用ANSYS有限元軟件建立了復合材料的單胞模型，并利用LS-DYNA顯式有限元分析軟件對單胞模型進行動態(tài)壓縮下的數(shù)值模擬，利用數(shù)值模擬結果對動態(tài)壓縮下空心球的損傷模式進行研究，數(shù)值模擬結果與掃描電鏡結果吻合較好；利用單胞模型構建空心球/Al合金的近似結構模型并進行動態(tài)壓縮數(shù)值模擬，結果發(fā)現(xiàn)復合材料內部單個空心球的損傷破壞特性與單胞模型的數(shù)值模擬