闭孔泡沫铝尺寸效应的实验研究及有限元分析

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泡沫铝材料具有优异的结构与功能特性,研究其在静动态载荷下的力学性能具有重要意义。为了能更好的应用泡沫铝材料,本文对东南大学材料科学与工程学院制备的闭孔泡沫铝的准静态单轴压缩性能和闭孔泡沫铝夹芯板的三点弯曲性能进行了实验研究,主要考察了尺寸因素对其力学性能和吸能效果的影响。并建立了闭孔泡沫铝的二维有限元模型,进行了相应的压缩模拟计算与分析。下面从三个方面简要介绍本文的主要工作。   1.研究了闭孔泡沫铝在准静态单轴压缩条件下的尺寸效应,包括试件高度、压缩横截面、孔径大小对压缩力学性能和吸能效果的影响。结果表明:闭孔泡沫铝材料具有较为明显的尺寸效应,试件高度、压缩横截面和平均孔径的变化均会对闭孔泡沫铝的力学性能和吸能效果产生一定的影响。   2.应用实验和数字图像相关相结合的方法,主要研究了闭孔泡沫铝夹芯板在三点弯曲下的变形行为和特征。分析了压头压力-压头位移曲线与典型曲线的异同和最终破坏模式与四种典型破坏模式的异同,以及夹芯厚度的改变对三点弯曲下的极限承载力、最终承载力和出现极限承载力时的位移的影响。   3.利用有限元分析的方法,以圆孔结构模拟闭孔泡沫铝的胞孔,建立了闭孔泡沫铝的二维有限元模型。通过与实验结果的对比,验证了模型的可行性,并分析研究了模型高度、模型宽度和模型的平均孔径对其力学性能的影响。   本文涉及了闭孔泡沫铝力学性能和吸能效果的实验研究、闭孔泡沫铝夹芯板三点弯曲的实验研究和闭孔泡沫铝力学性能的数值模拟三方面的内容。这些研究成果既可以为泡沫铝及泡沫铝夹芯板在实际工程中的应用提供指导,又能为未来更深一步的研究泡沫铝的尺寸效应提供参考。此外,本文数值模拟方面的工作还可以为以后建立更加符合泡沫铝结构的模型提供一些依据。
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