低密度开孔泡沫材料各向异性力学行为的模型研究

【摘要】：泡沫材料胞体结构的各向异性导致了材料力学性能的各向异性。随着扫描电镜和CT扫描技术的发展,使人们对泡沫材料微、细观结构的认识和描述更清晰、更准确,据此所建立的力学模型也更能反映泡沫材料的细观结构和力学行为。因此,近些年来关于泡沫材料力学各向异性问题的研究又受到人们的广泛关注。本文简要介绍近期作者针对低密度泡沫材料各向异性力学模型开展的相关研究和取得的结果,主要包括:(1)对Kanakkanatt各向异性模型和Huber Gibson各向异性模型进行了修正,考虑了泡沫支柱横向尺寸比对泡沫材料各向异性性质的影响;(2)基于各向同性的Voronoi模型,构造了各向异性的开孔泡沫随机模型,用有限元方法对模型的弹性性能进行了数值分析,得到了相对杨氏模量和泊松比同各向异性尺寸比的关系;并且,对低密度弹性开孔泡沫材料的压缩力学行为进行了有限元数值模拟,得到了其应力-应变曲线及弹性坍塌强度,讨论了模型的随机度、各向异性尺寸比和相对密度对力学性能的影响;(3)在弹性小变形情况下,基于构造的各向异性Kelvin模型对开孔泡沫材料的弹性性能进行了分析,得到了弹性性能与各向异性尺寸比和相对密度的关系,其较好地符合了实验数据的变化趋势,与已有模型结果也较为接近。此外,基于各向异性Kelvin模型对低密度开孔泡沫材料的压缩大变形行为进行了理论分析,在胞体伸长方向和垂直于胞体伸长方向上分别得到了应力—应变解析表达式,并同有限元计算结果进行了比较,符合得较好。