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随着超轻多孔金属结构材料的广泛使用,应用中发现单一几何构型的夹层结构都有各自性能的局限性。以压缩性能为例,波纹板结构虽易于制备,但其在平面压缩过程中易因芯体板面过早发生屈曲而导致其整体力学性能有限;现有的铝蜂窝虽能量吸收能力优异,但其受其制备工艺的限制导致结构的平台应力通常低于3MPa,这在一定程度上也限制了其应用。为了实现将铝蜂窝和波纹板性能优势互补,本文提出一种新型的铝蜂窝-波纹复合夹层结构及其制备工艺。包括在实验室通过模压方法获得带有平台的波纹芯体、通过环氧胶粘结获得整体复合夹层结构。试件选取了六种相对密度的波纹夹层板与一种Al 3003H18铝蜂窝(孔隙率96%)相结合;采用MTS材料实验机对母体结构和一系列复合夹层结构进行准静态面外压缩性能测试,比较复合结构相对于母体结构的性能优势;利用有限元软件ABAQUS准确模拟复合结构的实验过程,探讨强化机制。 本文的工作结果表明:(1)通过在空心波纹板中填充铝蜂窝设计了一种新型复合结构;准静态压缩实验发现,与波纹板和铝蜂窝单独作为芯体相比,该复合结构的强度和平台应力均有了显著提升。(2)有限元数值模拟工作表明,复合结构达到峰值应力时,其中的蜂窝芯已发生较明显的塑性变形而波纹板未发生明显塑性变形,蜂窝芯的支承作用改变了波纹芯体的破坏模式,,即由弹性屈曲变为屈服破坏,使得复合结构的压缩性能显著增强;(3)数值模拟计算波纹和蜂窝的基体材料厚度对复合结构压缩性能影响。结果表明蜂窝和波纹对结构比强度和比能量吸收的影响作用相反,蜂窝芯强度的增强导致复合结构的比强度和比能量吸收能力增强。
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Degree: 工程硕士
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Year: 2013
Language: Chinese
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