【摘 要】
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泡沫铝的压缩力学性能以及断裂韧性在实际应用中有重要的参考价值。本文采用实验和有限元模拟相结合的方式重点研究了工业生产制备泡沫铝的压缩力学性能以及断裂韧性。对工业生产以及实验室制备泡沫铝进行压缩测试,获得了泡沫铝的弹性模量、屈服应力以及吸能性能,通过ABAQUS软件对泡沫铝进行了 3种模型的有限元分析,验证了本构方程并分析了泡沫铝在准静态压缩过程中的变形过程;基于J积分理论对泡沫铝的J1c值进行了测
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泡沫铝的压缩力学性能以及断裂韧性在实际应用中有重要的参考价值。本文采用实验和有限元模拟相结合的方式重点研究了工业生产制备泡沫铝的压缩力学性能以及断裂韧性。对工业生产以及实验室制备泡沫铝进行压缩测试,获得了泡沫铝的弹性模量、屈服应力以及吸能性能,通过ABAQUS软件对泡沫铝进行了 3种模型的有限元分析,验证了本构方程并分析了泡沫铝在准静态压缩过程中的变形过程;基于J积分理论对泡沫铝的J1c值进行了测量与计算,评估了泡沫铝的断裂韧性,通过对泡沫铝断裂过程的有限元分析,得出了受断裂影响的区域面积并对比分析了泡沫铝的断裂过程,得到的主要结论如下:（1）通过XRD、SEM分析,得知泡沫铝试样中的亮白色物为Al-Ca-Ti化合物以及少量Al-Ca化合物,块状物周围为α-Al,通过XRD分析进一步确定相的成分是A120CaTi2和Al4Ca的混合物,而针状排列的白色物为Al-Ti化合物。（2）泡沫铝的准静态压缩应力-应变曲线存在弹性段、平台段以及压实段三个明显的阶段。工业生产制备的泡沫铝材料的孔隙率由84.13%变为77.84%后,弹性模量、坍塌应力以及50%应变吸能值分别由135.32、4.66 MPa、2.08 MJ/m3升高至286.3、11.79MPa、5.14 MJ/m3,由此分析得出,泡沫铝的压缩力学性能以及吸能性能与泡沫铝的孔隙率成负相关,与泡沫铝的密度成正相关。（3）依照整个试样-单个变形带-单胞模型的顺序对泡沫铝进行了准静态压缩模拟,验证了泡沫铝在压缩过程中的变形机理:泡沫铝的变形带在压缩过程中存在变形的局域化,泡沫铝的单胞在变形过程中伴随着孔壁屈曲以及塑性角的形成。（4）采用三点弯曲试样的单试样测试法基于J积分理论对泡沫铝的断裂韧性进行了测量,通过对JR阻力曲线的分析计算,得出了泡沫铝的J1C值为0.204 kJ/m2,换算为K1C 值为 7.79 MPam0.5。（5）对2个2D模型进行了断裂模拟,分别是45×30 mm的2D实体断裂模型以及180×40 mm的2D三点弯曲模型。2D实体模型受断裂影响应力发生变化的面积为2.48cm2,占总面积的18.4%。而受影响的孔有62个占总孔数的19.7%。2D三点弯曲模型裂纹终点延伸出塑性区的纵向长度为4mm,而受到断裂影响的塑性区裂纹纵向延长线上有2个孔。
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