内压对闭孔泡沫金属变形局部化的影响

泡沫金属材料分为开孔和闭孔两种。制备过程中，闭孔泡沫金属的孔洞内压不可避免，这不仅影响泡沫金属孔成形和分布，且显著影响闭孔泡沫金属的宏观变形。目前，内压与闭孔泡沫金属变形局部化之间的关系鲜有研究。本项目从理论与数值两方面，研究内压对闭孔泡沫金属变形局部化的影响，包括：闭孔泡沫金属的三维随机建模、建立含内压的闭孔泡沫金属的屈服准则、揭示内压与闭孔泡沫金属变形局部化之间关系等。本项目研究结果可为轻质结构的设计与吸能机理分析提供基础。

在制备过程中，闭孔泡沫材料孔洞内压不可避免，这不仅影响泡沫材料孔的成形、分布，而且对闭孔泡沫材料宏观变形有显著影响。该研究利用数值和理论方法，揭示了内压与泡沫材料的宏观变形行为的关系，讨论考虑内压情况泡沫材料局部变形机理。从而为轻质结构的设计与吸能机理分析提供依据。该研究主要包括以下几部分：. 1. 建立三维细观力学模型，研究内压对闭孔泡沫金属弹塑性力学行为的影响；分析了泡沫金属材料的局部化变形机理。对于单轴载荷情况，拉伸载荷作用时，内压使泡沫材料提前屈服；压缩载荷作用下，内压则延缓其屈服。多轴载荷作用下，内压不改变屈服面形状，使屈服面向平均应力负轴移动，且移动距离等于内压值。基于Gurson经典屈服理论，提出了考虑内压影响的泡沫金属屈服函数。最后，通过局部化变形分析可以得出与数值分析一致的结论。从而为泡沫金属的工程应用提供依据。 . 2. 在闭孔泡沫材料生产过程中，其生产工艺往往导致胞孔的各向异性。而泡沫材料在应用中往往受到任意方向载荷作用，因此研究各向异性泡沫材料任意载荷方向的力学行为尤为重要。该研究基于四种常用胞孔排列方式，建立了任意胞孔形状的泡沫材料模型（规则模型和随机模型）。利用周期边界条件，分析了在任意载荷方向，各向异性泡沫材料的弹塑性力学行为。提出了各向异性泡沫材料任意方向杨氏模量和屈服应力关于各向异性比的关系。因此，根据泡沫材料孔垂直方向力学性能，便可以得到材料任意方向的变形行为。. 3. 静水压力、应力三轴度均影响各向异性泡沫材料的屈服行为。最近的研究表明，罗德角同样对泡沫材料的屈服行为有显著影响。但是目前考虑罗德角影响的泡沫材料屈服准则并不完善。该研究考虑胞孔内压情况，分析了应力三轴度及罗德角对各向异性泡沫材料屈服行为的影响，预测了其屈服面形状。内压不影响各向异性泡沫材料屈服面形状，使屈服面向平均应力负轴移动，且移动距离等于内压值。该研究既可以完善泡沫材料屈服准则，又可以为泡沫材料的应用提供依据。