【摘 要】
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多孔材料广泛存在于自然界,如木材、蜂窝、海绵、动物骨骼、植物茎秆等。随着材料制备技术的发展,金属蜂窝和泡沫等金属多孔材料已能进行大规模工业生产。由于具有轻质、高强、
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多孔材料广泛存在于自然界,如木材、蜂窝、海绵、动物骨骼、植物茎秆等。随着材料制备技术的发展,金属蜂窝和泡沫等金属多孔材料已能进行大规模工业生产。由于具有轻质、高强、良好的力学和抗冲击性能,金属蜂窝和泡沫被广泛应用于汽车、船舶、航空航天等工程领域作为冲击吸能和缓冲材料。然而一些新型金属多孔材料如负泊松比材料、功能梯度多孔材料等在抗冲击领域的研究还存在欠缺并影响了其相关应用。针对这一问题,本文对这些新型金属多孔材料的抗冲击性能进行了相关研究。本文以非线性显式有限元程序LS-DYNA为手段,开展了如下研究工作:(1)研究了具有不同结构形式金属蜂窝、泡沫材料的动态冲击力学行为。针对三角形、内凹六边形形式的负泊松比蜂窝材料,模拟分析了面内动态压缩的变形机制以及能量吸收效率。(2)研究了功能梯度蜂窝材料面内冲击行为。通过对梯度六边形以及三角形负泊松比蜂窝材料面内动态冲击响应的计算模拟,讨论了冲击速度和密度梯度对梯度蜂窝变形机制以及吸能性能的影响。(3)研究了蜂窝填充薄壁管弯曲行为。通过对由蜂窝构成的复合薄壁方形梁结构进行弯曲冲击数值模拟,探究了不同梯度结构形式的内填充蜂窝对方形梁弯曲冲击吸能性能的影响。(4)泡沫铝受圆柱准静态压缩行为研究。通过对均匀和功能梯度泡沫材料受圆柱准静态冲击响应的数值模拟,对泡沫材料的剪切模量进行数值拟合,提出了计算泡沫被压缩过程中冲击力的理论公式。新型金属多孔材料在抗冲击领域具有良好的应用前景,本文的研究为设计具有轻质高效和良好耐撞性能的缓冲吸能结构提供了一定的技术支撑和理论指导。
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