二維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法
2023-09-18 13:09:15 1
專利名稱：二維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法
技術領域：
本發明屬於材料動態緩衝性能獲取與評價技術領域，涉及ー種ニ維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法。
背景技術：
目前，我國國標中緩衝材料緩衝性能的評價方法是「緩衝係數——最大應力」曲線法和「最大加速度——靜應力」曲線法。前者是對緩衝材料靜態壓縮應カ應變曲線處理後生成的，後者考慮實際載荷情況對不同厚度的材料樣品進行不同高度的跌落衝擊試驗後測得的。所以「緩衝係數——最大應力」曲線法僅考慮了材料的靜態力學性能，實際緩衝應用中材料承受的是一定衝擊速度下的動態載荷。儘管「最大加速度——靜應力」曲線法考慮了動態載荷的情況，做到與實際情形相吻合，但這種方法要對同一緩衝材料針對不同厚度進行試驗，試驗量龐大，應用起來十分繁瑣，不便於緩衝優化設計。現有的方法還存在以下問題(1)所需數據要通過對緩衝材料的多次靜動態試驗才能獲取，甚至還要按不同厚度進行，數據獲取過程複雜；(2)由於生產エ藝所限，試驗樣品尺寸很難做到足夠豐富，所以已有的基於實驗的方法很難用來研究構型和結構參數對其緩衝性能的影響；(3) ニ維多孔材料是應變率敏感的材料，衝擊速度影響其緩衝性能，已有的方法無法用來研究衝擊速度對其共面動態緩衝性能的影響。(4)隨著衝擊速度的增加，ニ維多孔材料共面衝擊應力應變曲線波動幅度不斷增大，而已有方法是假設應カ隨應變的増加而增加的，故已有方法不適合於高速衝擊條件下材料緩衝性能的評價。綜上所述，已有方法不僅應用起來困難、繁瑣，很難用來研究各影響參數對緩衝性能的影響，而且也不適合於ニ維多孔材料高速衝擊條件下共面動態緩衝性能的評價。
發明內容
本發明的目的是提供一種ニ維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法，解決了現有技術試驗量龐大、應用困難和ニ維多孔材料動態緩衝性能無法評價等問題。本發明的目的是這樣實現的，ニ維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法，包括以下步驟(1)對ニ維多孔材料樣品在某ー恆定衝擊速度下進行共面動態緩衝性能分析有限元建模，模擬計算後得到響應衝擊カ和能量吸收曲線；(2)對(1)中的計算結果進行標準化處理，得到該ニ維多孔材料在該衝擊速度下的共面衝擊響應應カ應變曲線和單位體積能量吸收曲線；(3)將(2)所得響應應力應變曲線簡化為四段式直線方程，基於此建立評價ニ維多孔材料共面緩衝性能的能量吸收模型，綜合各步計算得到初始應變、初始峰應力、動態彈性模量、動態峰應力、動態密實化應變、最佳単位體積能量吸收、最小動態緩衝係數等共面動態緩衝性能評價指標。本發明的有益效果表現在如下幾個方面(I)本發明所需數據是通過對不同構型的ニ維多孔材料在不同共面衝擊速度下的有限元模擬計算得到的，模型文件可自動生成，計算結果處理簡單，避免了試驗法數據分析的複雜性；(2)本發明通過有限元法進行模擬計算，大大擴大了樣品的尺寸範圍，克服了實驗法因生產エ藝所限很難獲取尺寸足夠豐富樣品來進行試驗的缺點；(3) ニ維多孔材料的結構參數影響其共面緩衝性能，本發明可以用來研究結構參數對其共面動態緩衝性能的影響規律，傳統方法是難以做到的；(4)本發明本可以針對ニ維多孔材料實際緩衝時所承受的衝擊速度進行模擬計算，以做到與實際情形相吻合。這樣既可以克服「緩衝係數——最大應力」曲線法不能與實際情形相吻合的弊端，又避免了使用「最大加速度——靜應力」曲線 法時増加試驗量和複雜度的問題。因此本方法可以用來研究衝擊速度對其共面動態緩衝性能的影響。(5)本發明數據處理過程中得到「最佳能量吸收點」、「最佳能量吸收」、「最佳能量吸收效率」、「最小動態緩衝係數」等新的評價指標，可更方便地用來評價ニ維多孔材料共面動態緩衝性能。
圖1是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料的結構正視圖；圖2為相應圖1的側視圖；圖3為圖1中特徵單元的結構示意圖；圖4是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料共面動態衝擊分析有限元模型圖；圖5是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料典型的F-U曲線圖；圖6是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料典型的真實0 - e曲線圖；圖7是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料典型的e_ e曲線圖；圖8是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料低速衝擊下的能量吸收曲線圖；圖9是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料中速衝擊下的能量吸收曲線圖；圖10是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料高速衝擊下的能量吸收曲線圖；圖11是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料不同衝擊速度下的衝擊カ曲線圖；圖12是本發明實施例構型(圓形)ニ維多孔材料典型的簡化0 - e曲線圖；圖13是本發明實施例多層排列的三角形ニ維多孔材料三維結構圖；圖14是本發明實施例多層排列的正方形ニ維多孔材料三維結構圖；圖15是本發明實施例多層排列圓形ニ維多孔材料(R=3mm, t=0. 07mm, v=70m/s)的真實o-e曲線圖；圖16是本發明實施例多層排列圓形ニ維多孔材料(R=3mm, t=0. 07mm, v=70m/s)的真實e_ e曲線圖17是本發明實施例多層排列圓形ニ維多孔材料(R=3mm, t=0. 07mm, v=70m/s)的由簡化的o-e曲線得到的Cd-e曲線圖；圖18是本發明實施例多層排列圓形ニ維多孔材料(R=3mm, t = 0. lmm, v=100m/s)的真實o - e曲線圖；圖19是本發明實施例多層排列圓形ニ維多孔材料(R=3mm, t = 0. lmm, v=100m/s)的真實e-e曲線圖；圖20是本發明實施例多層排列圓形ニ維多孔材料(R=3mm, t = 0. lmm, v=100m/s)的由簡化的o-e曲線得到的Cd-e曲線圖；圖21是本發明實施例多層排列的三角形ニ維多孔材料(l=3mm, 0 = 60°，t =0. 15mm, v=50m/s)的真實 o - e 曲線圖；圖22是本發明實施例多層排列的三角形ニ維多孔材料(l=3mm, 0 =60°，t =0. 15mm, v=50m/s)的真實 e_ e 曲線圖；圖23是本發明實施例多層排列的三角形ニ維多孔材料(l=3mm, 0 =60°，t =0. 15mm, v=50m/s)的由簡化的o - e曲線得到的Cd- e曲線圖；圖24是本發明實施例多層排列的正方形ニ維多孔材料(l=3mm, t = 0. lmm, v=20m/s)的真實曲線圖；圖25 是本發明實施例多層排列的正方形ニ維多孔材料(l=3mm, t = 0. lmm, v=20m/s)的真實e-e曲線圖；圖26是本發明實施例多層排列的正方形ニ維多孔材料(l=3mm, t = 0. lmm, v=20m/s)的由簡化的曲線得到的Cd-e曲線具體實施例方式本發明ニ維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法，包括以下步驟(I)對ニ維多孔材料樣品在某ー恆定衝擊速度下進行共面動態緩衝性能分析有限元建模，模擬計算後得到響應衝擊カ和能量吸收曲線；(2)對(I)中的計算結果進行標準化處理，得到該ニ維多孔材料在該衝擊速度下的共面衝擊響應應カ應變曲線和單位體積能量吸收曲線；(3)將(2)所得響應應力應變曲線簡化為四段式直線方程，基於此建立評價ニ維多孔材料共面緩衝性能的能量吸收模型，綜合各步計算得到初始應變、初始峰應力、動態彈性模量、動態峰應力、動態密實化應變、最佳単位體積能量吸收、最小動態緩衝係數等共面動態緩衝性能評價指標。本發明首先針對ニ維多孔材料在某ー恆定衝擊速度下進行共面動態衝擊有限元模擬計算並標準化處理，得到響應應カ應變曲線；而後對應カ應變曲線進行簡化，得到用於評價其緩衝性能的能量吸收和動態緩衝係數曲線。通過簡化處理可以得到「最佳能量吸收點」、「最佳能量吸收」、「最佳能量吸收效率」、「最小動態緩衝係數」等評價指標，用以評價該ニ維多孔材料在該衝擊條件下的共面動態緩衝性能。工程中實際應用的ニ維多孔材料種類很多，有三角形、長方形、六邊形、X形、圓形、橢圓形、瓦楞形、正弦波形等多種。為了便於說明本實施方法，現以多層規則排列的圓形ニ維多孔材料為例，結構正視圖、側視圖和結構中特徵單元尺寸參數分別如圖1-3所示。結構中每個特徵單元是具有一定深度的圓筒，深度為b，圓筒的半徑為R，壁厚為t。t/R稱為壁
厚半徑比。貝IJ其相對密度為
權利要求
1.ニ維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)對ニ維多孔材料在恆定衝擊速度下進行共面動態緩衝性能分析有限元建模，並模擬計算，得到響應的衝擊カ和能量吸收曲線； (2)對(I)中的計算結果進行標準化處理，得到該ニ維多孔材料在該衝擊速度下的共面衝擊響應應カ應變曲線和單位體積能量吸收曲線； (3)將(2)所得響應應力應變曲線簡化為四段式直線方程，以此建立評價ニ維多孔材料共面緩衝性能的能量吸收模型，根據以上曲線和模型計算得到初始應變、初始峰應力、動態彈性模量、動態峰應力、動態密實化應變、最佳単位體積能量吸收、最小動態緩衝係數等共面動態緩衝性能評價指標。
全文摘要
二維多孔材料共面動態緩衝性能的測定方法，包括以下步驟(1)對二維多孔材料在恆定衝擊速度下進行共面動態緩衝性能分析有限元建模，並模擬計算，得到響應的衝擊力和能量吸收曲線；(2)對(1)中的計算結果進行標準化處理，得到該二維多孔材料在該衝擊速度下的共面衝擊響應應力應變曲線和單位體積能量吸收曲線；(3)將(2)所得響應應力應變曲線簡化為四段式直線方程，以此建立評價二維多孔材料共面緩衝性能的能量吸收模型，根據以上曲線和模型計算得到初始應變、初始峰應力、動態彈性模量、動態峰應力、動態密實化應變、最佳單位體積能量吸收、最小動態緩衝係數等共面動態緩衝性能評價指標。
文檔編號G01N19/00GK103033467SQ20121057537
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者孫德強, 邢月卿, 鞏桂芬, 李劍玲, 趙鬱聰, 李國志 申請人:陝西科技大學