泡沫铝单调及循环变形行为的实验研究和有限元模拟

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1、国内图书分类号：0344国际图书分类号：531西南交通大学研究生学位论文密级：公开年姓专二。一三年五月ClassifiedIndex：0344U．D．C：531SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeDissertationEXPER．IMENTALSTUDYANDFINITEELEMENTSIMULATIONONMONOTONICANDCYCLICDEFORMATIONBEHAVIOURSOFFOAMALUMINUMMATERIALSGrade：2UlUCandidate：ChenZheAcademic

2、DegreeAppliedfor：MasterSpeciality：SolidMechanicsSupervisor：KangGuozhengLiuYujieMay．27，2013西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密∥使用本

3、授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：日期：2013．支27指导老师签名：忻纰日觏刚‘1’西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)率先开展了闭孔泡沫铝和球形开孔泡沫铝循环变形行为的实验研究。(2)对闭孔泡沫铝的单调压缩行为进行了系统的细观有限元模拟，揭示了结构尺寸、孔隙率、孔径尺寸及孔洞缺陷等结构因素对泡沫铝的压缩性能的影响，为泡沫铝结构的优化设计提供了依据。(3)利用HYPERMESH软件建立符合周期性边界条件的泡沫铝代表性体积单元，导入ABAQUS软件中进行数值模拟，以泡沫

4、铝材料的单调压缩为例，对比得到周期边界条件和自由边界的差异。(4)基于周期性边界条件，对球形开孔泡沫铝的棘轮行为开展系统的细观有限元模拟，揭示了应力幅值、应力比和平均应力等加载条件对泡沫铝棘轮行为的影响；同时，讨论了孔隙率、孔径尺寸及孔洞分布状态等细观结构参数对泡沫铝棘轮行为的影响，通过有限元模拟，分析了泡沫铝材料在循环加载过程中塑性变形的分布状态，有助于揭示泡沫铝的微观破坏机制。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本

5、文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：刃Bf27西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要泡沫铝材料凭借其重量轻、高比刚性、高比强度等优良特性，广泛应用在航空航天、汽车工业等领域。泡沫铝材料主要作为缓冲结构填充物使用，已有的泡沫铝力学性能的研究多集中在冲击载荷下吸能行为的研究。随着泡沫铝使用范围的扩大，部分泡沫铝构件开始作为承载结构使用，其在准静态下的力学性能对于工程应用有重要意义。但对于泡沫铝准静态力学行为研究还不够完善，特别是在循环载荷下的变形

6、行为研究非常少。本文针对闭孔泡沫铝和球形开孔泡沫铝的单调及循环变形行为进行了实验研究和有限元模拟。本文主要开展了以下工作：1、对闭孔泡沫铝和球形开孔泡沫铝的单调拉伸、压缩以及循环变形行为进行实验研究，得到了不同孔状泡沫铝材料的压缩特性和在非对称应力循环下的棘轮行为特性，为泡沫铝材料的有限元分析提供实验基础。2、通过有限元分析的方法，对泡沫铝材料的单调压缩行为进行模拟，讨论了孔隙率、孔径尺寸和孔洞缺陷等结构参数对其压缩特性的影响。结果表明：孔隙率越小，孔径尺寸越小，泡沫铝的抗压强度越高，塑性屈服平台应力越大；孔洞的缺陷不同程度的影响着材料的压缩

7、性能。3、在泡沫铝单调压缩的有限元模拟中引入了周期性边界条件进行模拟，模拟结果与实验结果趋势一致。以不同孔隙率、孔径尺寸的泡沫铝为研究对象，对采用周期性边界和自由边界的模拟结果进行对比。结果表明：添加了周期性边界的数值模拟结果比自由边界的模拟结果在相同应变下应力值偏高，曲线波动较小。4、基于周期性边界条件，对球形开孔泡沫铝在循环载荷下的棘轮行为进行了有限元模拟。讨论了孔隙率、孔径尺寸和孔洞分布方式等细观结构参数对泡沫铝棘轮行为影响；同时观察和分析了泡沫铝材料孔洞内部的塑性变形的发源和演化。研究发现：孔隙率是影响泡沫铝循环变形行为的最主要因素；

8、孔洞分布越规则，孔径尺寸越小，材料棘轮变形越小；在变形过程中，塑性变形主要集中在和加载方向成45。角的两侧孔壁处。关键词：泡沫铝；有限元分析；压缩特性；结构参数；周