多胞金属材料的动态力学性能及屈服行为研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文多胞金属材料的动态力学性能及屈服行为研究摘要由于多胞金属材料优异的力学性能及物理性能，例如质量轻、高比刚度、高比强度、缓冲吸能及电磁屏蔽等，常被作为一种承载材料或与其它材料组成多层复合结构被广泛应用于航空航天、轨道车辆、建筑等工业领域。由于多胞金属材料服役工况的复杂性，无论是其工业优化设计，还是其在工程中的实际应用，都需要深入研究其力学性能，尤其是动态力学性能和在复杂应力状态下的屈服失效行为。本文采用实验研究与理论分析相结合的方法，研究了中等相对密度固体中的多孔铜合金及多孔铁合金在动态载荷

2、下的力学行为，以及低相对密度固体中的泡沫铝合金在准静态单轴载荷和三轴复合加载条件下的屈服行为。利用分离式霍普金森压杆实验装置（SHPB）对多孔铜合金和多孔铁合2-13-1金进行动态加载实验，得到了两种多孔金属材料在应变率10s~10s下的应力-应变曲线。分析了材料的相对密度和应变率对于材料压缩屈服强度的影响。同时，提出了一个能够描述这两种多孔金属材料的动态力学性能的多参数本构方程，分析了模型参数与材料的相对密度之间的关系。对三种相对密度（10%，15%，20%）的泡沫铝合金进行了准静态单轴压缩、拉伸加载实验和准静态三轴

3、围压加载实验。比较和分析了泡沫铝合金处于单向应力状态时，压缩载荷下与拉伸载荷下材料变形失效机制的不同，及由此导致的材料不对称的单轴压缩拉伸屈服强度。根据单轴压缩和拉伸实验及三轴围压加载实验的结果获得了不同相对密度泡沫铝合金在准静态载荷下的实验屈服面。同时，分析了相对密度对于泡沫铝合金准静态实验屈服面形状的影响。I太原理工大学硕士研究生学位论文研究取得以下五方面的成果：（1）实验结果表明，多孔铜合金和多孔铁合金均存在明显的应变硬化效应，同时材料应力-应变曲线的屈服平台阶段与密实化阶段没有明显的界限。（2）多孔铜合金和多孔

4、铁合金的相对密度和应变率对于材料的压缩屈服强度有显著的影响，材料的相对密度越大，其屈服强度越大，而且材料的屈服强度随着应变率的提高而增大。（3）提出了一个能够描述多孔铜合金和多孔铁合金动态力学性能的多参数本构方程，分析了模型参数与材料的初始相对密度之间的关系，通过对比模型预测结果和实验结果对本构模型的有效性进行了验证。（4）将三种相对密度泡沫铝合金的准静态实验屈服面与Gibson屈服准则、Deshpande-Fleck屈服准则及Miller屈服准则三个屈服准则进行了对比。结果显示材料的实验屈服面与现有的三个屈服准则基本

5、吻合，由于Miller屈服准则充分考虑了泡沫材料不对称的单轴拉压屈服强度，材料的实验屈服面与之吻合较好。（5）通过将材料的屈服应力点进行标准化，可以得出在本文研究的相对密度范围内（10%~20%），相对密度对于泡沫铝合金准静态下的实验屈服面形状没有明显的影响。关键词：多胞金属材料；SHPB；相对密度；应变率；本构模型；多轴加载；屈服准则II太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONTHEDYNAMICPROPERTIESANDYIELDBEHAVIORSOFPOROUSMETALSABSTRACTPorousmeta

6、lsarewidelyusedinmanyindustrialfields，suchasaerospace，aircraft，automotive，railwayandsoon，becauseoftheirlightweight，highspecificstiffnessandstrength，abilityofabsorbingenergyandelectromagneticshieldingproperties.Duetothecomplexconditionsunderwhichporousmetalsservi

7、ce，itisimportanttoindustrialdesignandpracticalapplicationthatthemechanicalpropertiesoftheporousmetals，especiallythedynamicpropertiesandyieldbehaviorsincomplexstressstate，needtobestudiedfurther.Inthispaper，experimentinvestigationandtheoreticalanalysiswerecombined

8、tocarryoutthisresearchforthedynamicpropertiesofporousbronzealloyandporousironalloyandtheyieldbehaviorsofaluminumalloyfoams.Anexperimentallyinvestigationonthemechanica