反分析法在泡沫金属材料动态性能实验中应用.pdfVIP

　第 26 卷 　第 5 期 爆 炸 与 冲 击 Vol . 26 , No . 5 　 　2006 年 9 月 EXPL O SION AND SHOC K WAV ES Sep t . , 2006 　 文章编号 : 100 11455 (2006) 0504 1006 反分析法在泡沫金属材料动态性能实验中的应用 1 2 1 1 王志华 ,马宏伟 ,赵隆茂 ,杨桂通 ( 1. 太原理工大学应用力学研究所 ,山西 太原 030024 ; 2 . 暨南大学理工学院 ,广东 广州 5 10632) 　　摘要 : 在实验测试泡沫金属材料的动态性能时 , 由于其所具有的特殊性能使得传统的 SH PB 技术的采用 遇到较大的困难 。为了实验确定泡沫金属材料的初始动力坍塌强度和“平台”应力 ,研究其应变率效应 ,在现 有 SH PB 实验装置的基础上 ,利用反分析法中的反卷积技术 ,通过计算机模拟给出了该实验装置的传递函 数 ,完善了 SH PB 实验的数据处理系统 ,为实验研究泡沫材料的动态特性提供了一种有效的方法 。 　　关键词 : 固体力学 ;泡沫金属材料 ; SH PB ;反分析法 ;反卷积 　　中图分类号 : O347 　　　国标学科代码 : 130 ·1515 　　　文献标志码 : A 1 　引　言 　　泡沫金属材料是一种以金属或合金为基体 , 内部随机分布三维多面形状孔穴的固体材料 。由于其 特殊的结构 ,其压缩应力应变曲线中包含一个很长的低应力平台 ,可承受较大的变形 , 因此它在航空航 天 、铁道车辆 、汽车 、军事 、建筑及包装等工业领域得到了广泛的应用 。 　　现有的有关泡沫金属材料的研究主要集中于材料的结构 、制备方法 、用途 、物理以及静态力学性能 的研究[ 1 ] 。泡沫金属材料在包装 、冲击/ 爆炸缓冲结构中往往受冲击载荷作用 ,必须深入研究其在冲击 载荷作用下的应变率效应 。由于采用实验方法测试泡沫金属材料在高应变率下的应力应变行为的困 难性 ,其动态性能的研究结果有限 ,且不完善[2～5 ] 。测试材料在高应变率下的应力应变行为通常采用 SH PB ( sp lit Hop kin son p re ssure bar) 实验技术 。但直接应用 SH PB 实验技术研究泡沫材料的动态特 性时会碰到一定的困难 。由于多孔金属材料的相对密度大多在 30 %以下 ,使得其声阻抗远低于输入杆 材料的声阻抗 。因此输入应力脉冲透过试件传到输出杆上的应力脉冲幅值很小 ,导致反射波形很大 ,与 入射波形几乎持平 ,而透射波信号与外界干扰信号的幅值处于同一数量级 ,几乎被干扰信号淹没 ,从而 ( ) 严重影响实验的测量精度 。低阻抗多孔材料的低波速 泡沫铝的弹性波速约为 800 m/ s 使应力波在试 件中往返一次的时间明显增长 ,这样会引起试件内沿其长度在相对较长时间的应力不均匀性 ,导致试件 左右两端面应力不相等 。为了克服这些困难 ,近年来提出了许多改进方案 ,如在输出杆上采用高敏感系 [ 5 ] [ 6 ] 数的半导体应变片代替传统的电阻应变片以提高测量精度 。H . Zhao 等 提出将 SH PB 杆改用高分 子聚合物材料 ,但由于高分子聚合物材料所具有的粘弹性属性 ,其本构方程的测定及数值处理都有很大 困难 。此外 ,泡沫材料内部主要由泡孔构成 ,为了能得到较为准确的实验数据 ,一