惯性对多孔金属材料动态力学行为影响.pdfVIP

　第 22 卷 　第 2 期 高 压 物 理 学 报 Vol . 22 ,No . 2 　 　2008 年 6 月 C H IN ESE J OU RN AL O F H I GH PR ESSU R E P H YSICS J une ,2008 　 文章编号 (2008) 020 11807 惯性对多孔金属材料动态力学行为的影响 刘耀东, 虞吉林 , 郑志军 ( 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室 ,安徽合肥 　230027) 　　摘要 :对泡沫金属材料的力学性能已经进行了十分广泛的研究 ,但在对泡沫金属的应变率 效应和惯性效应的研究中 , 尚存在一些矛盾的结论 。为进一步认清惯性在多孔金属动态响应 中的作用 ,用有限元计算方法模拟了二维 Voro noi 蜂窝的动态压缩行为 ,得到了不同速度下 Voronoi 蜂窝的 3 种变形模式 。通过改变基体材料的密度和冲击速度进行“数值实验”,得到 了相应“试件”的由冲击面和支撑面得到的宏观平均应力应变曲线和平台应力 。根据数值模拟 的结果 ,着重分析了惯性效应的影响 。研究发现 ,惯性并不影响蜂窝的应力应变曲线 ,但它导 致试件中宏观变形不均匀 ,是平台应力提高的主要原因。 　　关键词 :泡沫金属 ;Voronoi 蜂窝 ;惯性效应 ;应变率效应 　　中图分类号 :O344 . 3 　　　文献标识码 : A 1 　引　言 　　近十年来 ,多孔金属材料由于其具有独特的优异特性 ,因而在工业领域特别是高技术领域受到越来 越广泛的重视 ,也引起了国内外学者浓厚的研究兴趣 。多孔泡沫铝是 目前研究最为成熟的一种泡沫金 属材料 ,它具有减振 、阻尼 、吸音 、隔音 、隔热 、散热 、电磁屏蔽等物理性能 ,又具有密度小 、轻质 、高比强度 的特点 ,是一种多用途兼用的结构和功能材料 。因此人们对其力学性能越来越关注 ,并期望得到力学性 能更好的泡沫金属 。 作为抗冲击或吸能方面的应用 ,材料行为的速率效应是人们关注的重点 。对各种泡沫金属材料的 动态力学行为 , 已经做了大量实验研究 。然而 ,文献中对泡沫金属材料的动态强度与应变率的关系尚存 [ 1 ] ρ 在一些相互矛盾或令人混淆的结论 。例如 ,Mukai 等 对一种相对密度为 = 0 . 1 的商业闭孔泡沫铝合 ( ) 金 AL PO RA S AlCaTi 的压缩行为进行了静态和动态压缩实验 ,得到了相应的应力应变曲线 ,通过比 较 1 ×10 - 3 s - 1 和 2 . 5 ×103 s - 1 两种应变率下的结果 ,他们认为这种泡沫铝合金的屈服应力具有明显的 [2 ] ρ 应变率敏感性 。Paul 和 Ramamurt y 在室温下对相对密度为 = 0 . 08～0 . 10 的 AL PORA S 进行了应 变率范围为 3 . 33 ×10 - 5 ～1. 6 ×10 - 1 s - 1 的压缩实验 ,并将所得结果与 Mukai 等[ 1 ] 的实验结果结合进行 ( ) 了比较 ,认为 AL PORAS 在较高应变率时的塑性强度 定义为塑性失稳时的峰值应力 是应变率相关的。 [3 ] ρ