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空心球/Al复合泡沫夹层板结构动力响应研究

作　者: 李波
导　师: 王伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 动力响应 夹层板结构 空心球/Al复合泡沫 应变率效应 SHPB
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


泡沫铝是近年来逐渐为人们所关注的一种吸能材料，具有高比强度、高比刚度、轻质、低密度及良好的缓冲吸能特性，特别是泡沫铝与钢板复合而成夹层板结构，是应用较广的一种结构形式，有关泡沫铝夹层板结构衰减爆炸冲击波特性的研究已成为当前国内外研究的热点。随着近年来材料科学的不断发展，空心球/Al复合泡沫作为一种金属铝基体骨架与飞灰/Al和Al2O3空心球结合而成的新型复合材料，兼具金属与泡沫材料的力学特性，具有低成本、更高的强度和吸能特性，是一种在防护工程上具有更好应用前景的吸能材料，在结构抗爆防护领域大有可为。但目前国内外对这种新型复合材料的动态力学性能研究尚处于起步阶段。居于此，本文以国防抗爆为研究背景，对空心球/1199Al复合泡沫材料在高应变率下的动态力学行为、应力波在钢板-复合泡沫-钢板夹层结构中的传播衰减规律，以及不同参数对夹层板动力响应特性影响三个方面进行了细致深入的试验与数值模拟研究，主要开展了以下工作：（1）利用SHPB试验技术探究空心球/1199Al复合泡沫铝材料的应变率效应，获取了不同应变率下材料的应力-应变曲线，并通过与普通泡沫铝进行比较分析，研究其吸能特性，同时结合电镜扫描SEM试验，分析材料动态损伤演化机理；（2）基于夹层结构SHPB实验，考察在不同撞击速度下，夹层结构的应力波传播衰减规律；（3）采用泡沫铝子弹高速撞击夹层板结构的试验手段，模拟爆炸冲击波对结构的脉冲荷载作用，以此来考察不同参数对结构动力响应特性的影响；（4）利用LS-DYNA显式有限元软件对各试验进行数值模拟，再现试验过程，并在此基础上通过对影响参数的分析，验证试验所得结论。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 泡沫铝材料概述  9-10
  1.3 研究现状  10-17
    1.3.1 普通泡沫铝的力学性能与吸能特性研究  10-13
    1.3.2 泡沫铝夹层结构力学性能研究  13-16
    1.3.3 空心球/Al 复合泡沫材料力学性能研究  16-17
  1.4 研究现状分析  17
  1.5 本文主要研究工作  17-19
第2章 高应变率下空心球/Al 复合泡沫及夹层结构 SHPB 试验  19-38
  2.1 引言  19-20
  2.2 SHPB 动态冲击试验  20-24
    2.2.1 试验假设与原理  20-22
    2.2.2 试验装置  22-24
    2.2.3 试件基本参数  24
  2.3 空心球/1199Al 复合泡沫材料试验结果分析  24-31
    2.3.1 试验动态压缩变形特征分析  24-28
    2.3.2 应变率敏感性分析  28-29
    2.3.3 吸能特性分析  29-31
  2.4 空心球/1199Al 复合泡沫夹层结构衰减应力波机理分析  31-35
    2.4.1 一维应力波在多层介质中的传播衰减规律  31-32
    2.4.2 试验结果与变形特征  32-35
  2.5 空心球/1199Al 复合泡沫动态损伤演化机理研究  35-37
    2.5.1 扫描电子显微镜简介  35-36
    2.5.2 微观结构与动态损伤  36-37
  2.6 本章小结  37-38
第3章 SHPB 试验数值模拟  38-49
  3.1 引言  38
  3.2 LS-DYNA 简介  38-41
    3.2.1 显式求解方法  38-39
    3.2.2 接触界面算法  39-41
  3.3 有限元计算模型的建立  41-44
    3.3.1 网格划分  41
    3.3.2 材料模型和初始条件  41-43
    3.3.3 接触刚度  43-44
  3.4 有限元结果分析  44-48
    3.4.1 空心球/1199Al 复合泡沫材料有限元结果分析  44-46
    3.4.2 空心球/1199Al 复合泡沫夹层结构有限元结果分析  46-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章 泡沫铝子弹撞击下夹层板动力响应试验  49-59
  4.1 引言  49
  4.2 试验方案  49-51
    4.2.1 试验装置  49-50
    4.2.2 试验参数选取  50-51
  4.3 试验结果及分析  51-58
    4.3.1 泡沫铝子弹  51
    4.3.2 夹层板  51-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章 泡沫铝子弹撞击下夹层板动力响应数值模拟  59-71
  5.1 引言  59
  5.2 试验的有限元验证  59-62
    5.2.1 有限元计算模型的建立  59-60
    5.2.2 计算结果与分析  60-62
  5.3 夹层板动力响应参数分析  62-70
    5.3.1 加载条件影响参数  63-65
    5.3.2 结构响应影响参数  65-70
  5.4 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-79
致谢  79

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