铝基复合泡沫填充圆管抗剪及抗冲击力学性能研究

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1、硕士学位论文铝基复合泡沫填充圆管抗剪及抗冲击力学性能研究STUDYONSHEARANDIMPACTMECHANICALPROPERTIESOFALUMINUMMATRIXCOMPOSITEFOAM-FILLEDCIRCULARTUBE王理哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU398学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文铝基复合泡沫填充圆管抗剪及抗冲击力学性能研究硕士研究生：王理导师：张博一副教授申请学位：工学硕士学科：结构工程所在单位：土木工程学院答辩日期：20

2、18年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU398U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONSHEARANDIMPACTMECHANICALPROPERTIESOFALUMINUMMATRIXCOMPOSITEFOAM-FILLEDCIRCULARTUBECandidate：WangLiSupervisor：AssociateProf.ZhangBoyiAcademicDegreeAppliedf

3、or：MasterofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着土木工程领域的不断进步与发展，现代建筑对于安全性能的要求也在不断提升。民用建筑燃气泄露引发的爆炸冲击以及船舶、高铁的防护结构在意

4、外情况下所受到的冲击破坏等问题，在土木工程研究领域引起了国内外学者的广泛关注。薄壁金属管是一种典型的吸能构件，具有良好的变形、吸能能力，但在冲击作用下易产生较大的荷载波动。近年来，泡沫金属因其优秀的缓冲吸能能力，而被广泛的应用到土木工程领域当中。现今，材料科学家利用高温高压等实验手段，使得粉煤灰空心球与普通铝材相结合，成功制备出一种铝基复合泡沫材料，在强度和吸能能力方面相比于普通泡沫金属有着显著提升。同时，将它与薄壁金属管相结合，使其具有更强的塑性变形能力，从而更好地应用于抵抗爆炸、冲击破坏等实际工程

5、的防护结构当中。本文通过实验手段，制备了三种内含不同平均粒径粉煤灰空心球（150μm、200μm和300μm）的铝基复合泡沫材料。将其加工成一定规格，填充到6063铝合金圆管当中，组成了铝基复合泡沫填充管构件。利用试验和数值模拟等方法，对其在剪切荷载和横向冲击荷载作用下的力学性能以及吸能性能开展研究，具体工作如下：（1）利用万能试验机对三种不同平均孔径的铝基复合泡沫填充管进行了拟静态双剪试验，由此对填充管构件在剪切作用下的力学性能和吸能特性进行定量评估。同时通过控制变量，分析芯材内微球的平均孔径、套管

6、径厚比对构件变形失效模式、力学性能与吸能性能的影响。（2）利用落锤冲击试验机对铝基复合泡沫填充管构件进行了横向冲击试验，研究芯材内微球的平均孔径、冲击能量以及套管径厚比，对构件变形失效模式、力学性能与吸能性能的影响。（3）利用数值仿真软件LS-DYNA分别对构件的剪切试验与横向冲击试验进行数值模拟计算。对比分析试验数据与模拟结果，并验证有限元模型的合理性。在此基础上，增大试验参数，利用模型进行变参数模拟分析，研究金属套管壁厚的变化对填充管构件的力学性能与吸能性能的影响。关键词：铝基复合泡沫；填充管；剪

7、切试验；横向冲击试验；数值模拟-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththecontinuousprogressanddevelopmentinthefieldofcivilengineering,therequirementsforsafetyperformanceofmodernbuildingsarealsorising.Theexplosionimpactcausedbyleakageofgasfromcivilbuildingsandimpactofships,high-

8、speedrailsinaccidentalconditions,hasattractedextensiveattentionfromscholarsathomeandaboardinthefieldofcivilengineeringresearch.Thin-walledmetaltubeisatypicalenergyabsorbingmember,whichhasgooddeformationandenergyabsorptionability,