泡沫铝硅合金动态压缩力学性能及吸能特性实验的研究

上传者：胡伟军
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上传时间：2015-05-04
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泡沫铝硅合金动态压缩力学性能及吸能特性实验的研究

硕士学位论文
摘要
泡沫金属是一种以金属为基体，内部包含大量孔洞的轻质多孔材料。作为一
种功能材料，因具有轻质、高比强度、吸声隔音、吸能和热性能等特性，使得其
在汽车、航天航空和建筑等领域得到了广泛的应用，而其中一些应用领域涉及到
高速变形或动态冲击载荷作用，如填充泡沫铝的汽车保险杠、采用泡沫金属材料
进行吸能防护的航天器以及包装工程等。因此，研究泡沫金属在冲击载荷下的动
态特性，为其材料制备和工程应用提供参考，具有较大的科学研究意义和工程应
用价值。本文以开孔泡沫铝硅合金为研究对象，根据其物理特性，改进了分离式
Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆（ＳｐｌｉｔＨｏｐｋｉｎｓｏｎ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
Ｂａｒ，简称ＳＨＰＢ）装置和测试技术，开展
了开孔泡沫铝硅合金的动态压缩力学实验，并根据应力波传播的弥散理论，对动
态压缩实验结果进行了修正，结合准静态压缩实验的结果，分析了应变和应变率
对其力学性能及吸能特性的影响，具体如下：
１、针对开孔泡沫铝硅合金的低阻抗特性和Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆基本原理，改进了
分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置和测试技术，采用ＬＣ４超硬铝杆代替钢制压杆，并使
用高灵敏度系数的半导体应变片有效地提高了测得的应力波波形的信噪比。同时，
利用波形整形技术，保证了动态压缩过程中试件的应力均匀性。利用改进后的实
验装置，开展了开孔泡沫铝硅合金的动态压缩力学实验，得到了泡沫铝硅合金不
同加载气压下的应力波波形。
２、基于应力波传播过程中产生弥散效应的基本理论，利用离散的傅立叶变换
的方法，编写了应力波弥散效应程序，且与有限元数值计算结果进行了对比验证，
分析了不同圆杆直径和不同加载波形对应力波传播过程中弥散效应的影响。针对
实验装置，利用程序对动态压缩实验的应力波形进行了修正，分析了弥散效应对
泡沫铝硅合金动态压缩力学性能实验的影响，进一步保证了实验结果的可靠性。
３、根据修正后的应力波形，得到了泡沫铝硅合金在不同应变率下应力．应变
曲线，结合准静态压缩实验结果，分析了应变和应变率对泡沫铝硅合金动态力学
性能和吸能特性的影响。结果表明：应变率对泡沫铝硅合金流动应力有着明显的
影响，泡沫铝硅合金是一种优良的吸能材料，为其工程应用提供了参考依据。
关键词：泡沫铝硅；动态力学性能；分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆；傅立叶弥散分析；
吸能效率；理想吸能效率
ＩＩ

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