SHPB加载木塑复合材料动态特性的理论分析与试验研究

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木塑复合材料(Wood Plastic Composites,简称WPC)是以初级生物质材料木材纤维,刨花,木粉,植物纤维等配合一定比例的热塑性塑料,经过一定的特殊工艺加工处理后成型的新型复合材料,广泛应用于汽车,园林,交通运输,军事工程等行业。木塑复合材料没有游离的甲醛,笨等对人体危害巨大的有毒气体,是一种健康环保的安全材料。木塑复合材料的生产原料来源广泛,并且其本身可以被回收利用,成为工业界选材的重要考虑因素。因此人们也加大了对木塑复合材料的研究开发的力度,并在很多方面取得了实质性的进展。不论是金属类材料(铝合金,钢等)还是非金属类材料(陶瓷,岩石,橡胶等),材料本身的动态力学性能研究一直是研究领域的热点。木塑复合材料作为一种新兴的环保类材料,其自身良好的物理性能使材料本身越来越多的应用于家具装修建材,城市绿化建设,包装运输,汽车座椅及内饰等行业,因此对木塑复合材料力学性能更深入层次的研究显得尤为重要。本文采用霍普金森撞击杆(SHPB)探索瞬态加载对木塑材料的影响,进而研究木塑复合材料的撞击损伤行为及其动态力学特性。使此种材料能够得到更好更安全的应用。SHPB技术是测试材料在高应变率下的力学性能等方面最有利的实验测试手段,在SHPB测量实验中所用的测量方法避开了对试件进行直接测试引起的试件震荡等一些列不稳定因素,测试系统通过监测试件两端夹杆中的应力波波形与传播,再根据一维应力波理论确定试件的应力与位移时间关系,进而在局部动态平衡条件下可以求得时间与应力应变关系。通过测试由不同压强气室射出的撞击杆对木塑复合材料的撞击结果及其相应数据,探究木塑复合材料在受到弹体侵彻时发生的宏观破坏形变,并结合Matlab对试验数据进行分析,得到其应力应变曲线,对其破坏后的组织进行电镜扫描,观察木塑复合材料在受到撞击加载时材料内部的微观形态变化,了解瞬态加载后木塑复合材料的破坏机理。结合有限元分析软件ABAQUS中Explicit模块中对瞬态冲击动力学的模拟分析能力,建立此类木塑复合材料的本构模型,更好的分析木塑材料在受到冲击加载时的形态破坏及其演化。
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