磁流变液填充多孔金属材料的动态力学性能研究.pdf

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1、磁流变液填充多孔金属材料的动态力学性能研究陶醉2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540磁流变液填充多孔金属材料的动态力学性能研究作者姓名陶醉学院名称机电学院指导教师张晓伟答辩委员会主席张庆明教授申请学位工学硕士学科专业力学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DynamicMechanicalPropertiesofPorousMetalMaterialsFilledwithMagnetorheologicalFluidCandidateName：ZuiTaoSchoolorDepartm

2、ent:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:Dr.XiaoweiZhangChair,ThesisCommittee:Prof.QingmingZhangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所

3、知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要多孔金属材料具有独特的能量吸收特性和广泛的工程应用前景。在低速冲击下，多孔金属材料利用其较长的抗压缩行程能够起到很好的缓冲作用，然而在面临能量较大的高速冲击时，其抗冲击和吸能特性并不足够理想。因此，进一步改善和提高多孔金属材料的吸能特

4、性，并且实现吸能结构与材料的可控性和智能化具有重要的意义。本文以实验为主，结合理论分析，以填充磁流变液的泡沫铜为研究对象，利用内部流体在材料孔隙间的高速流动来增加能量的耗散，研究其在冲击载荷作用下的力学行为和能量吸收特性。主要内容如下：1.采用多孔泡沫铜和磁流变液，通过真空干燥器制备出了液体填充率达90%以上充液多孔金属材料，并为其搭建了磁场加载设备。在此基础上，采用MTS材料试验机对磁流变液填充多孔泡沫铜的材料的准静态压缩力学性能进行了实验研究。结果显示，准静态压缩条件下，随着外加磁场强度的提高，充液复合材料的能量吸收

5、能力会有明显增加，但是当磁场大于0.2T后，磁场的效果不再明显。2.针对多孔泡沫铜的低阻抗特性和Hopkinson压杆的基本原理，分别利用尼龙和铝合金材料的SHPB两种实验方法，研究了多孔泡沫铜的动态压缩力学性能。结果表明，相对于尼龙杆测试方法，铝合金杆的分段四波法也能够得到完整有效的泡沫材料动态压缩应力-应变曲线。并且，发现该多孔泡沫铜材料对应变率不敏感。3.利用尼龙材料SHPB对磁流变液填充多孔泡沫铜的动态力学性能进行了研究，得到了充液、应变率、磁场强度和孔隙尺寸对材料动态力学性能的影响规律。结果表明，应变率和孔径尺

6、寸对充液多孔泡沫铜的动态吸能特性有显著的影响。而只有在一定应变率范围内，外加磁场强度对充液复合材料的动态吸能特性会有明显的影响，应变率的增加会降低磁场的控制效果。4.结合实验结果，将磁流变液在多孔金属材料孔隙内的运动看做渗流运动，建立了包含应变率和磁场强度的孔隙内磁流变液对多孔金属材料压缩强度贡献方程，该方程能够较好的描述在不同动态加载速度和磁场强度下磁流变液对多孔金属材料强度的贡献。关键词：多孔泡沫铜；磁流变液；霍普金森压杆；吸能特性I北京理工大学硕士学位论文AbstractPorousmetalmaterialsha

7、veuniqueenergyabsorptioncharacteristicsandextensiveengineeringapplications.Underthelow-speedimpactwithsmallkineticenergy,porousmetalmaterialshowsexcellentcushioneffectwithlongcompressionstroke.However,whenunderthehigh-speedimpactwithlargeenergy,itsimpactandenergy

8、absorptioncharacteristicsarenotidealenough.Therefore,itisnecessaryandsignificanttofurtherimprovetheenergyabsorptioncharacteristicsoftheporousmetalmaterial,andt