基于逆向建模方法的闭孔泡沫铝多轴唯象本构参数研究

基本信息
批准号:11402197
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:28.00
负责人:张健
学科分类:
依托单位:西安理工大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:何望云,吴昊,韩伟光,韩铁林,马若鑫,陈乐乐
关键词:
塑性泊松比细观有限元模型用户子材料程序显微CT静水压缩
结项摘要

Closed-cell aluminum foams have been considered as a candidate energy absorption material because of their large deformation at nearly constant plateau stress combined with low resilience. The compressive behaviour of the foams is dependent on the hydrostatic stress states, and a single uniaxial experimental test is not enough to completely characterize the material behaviour. However, the experimental results of closed-cell aluminum foams show noticeable scatter in data. And arbitrary stress states are hardly feasible in experiments. So it is difficult to obtain some important constitutive parameters such as plastic poisson's ratio, bulk modulus based on experimental results. In this study, a 3D discrete FE model for real closed-cell aluminium alloy foam specimen fabricated via the powder metallurgy foaming technique is constructed by employing the microfocus X-ray CT system, the 3D reconstruction program and the commercially mesh generation program. The cell-wall material properties are precisely determined by comparing the computed uniaxial compressive stress versus strain curves with the measured ones in tests. By changing the boundary conditions of the foam specimen, various stress states including uniaxial, hydrostatic and proportional loading compression are realized. Based on numerical results, the phenomenological constitutive parameters of several crushable foam models are analyzed quantitatively. The results of this project provide technical and theoretical support for ultra-light porous sandwich protective structure engineering design. The methods of this project also have the significant reference value to mechanical behavior research on the other materials featuring irregular shape and random distribution.

闭孔泡沫铝在受压时具有低应力水平、高效吸能和低回弹的特点,是用作轻质防护结构的绝佳材料。但是,由于闭孔泡沫铝的多轴大变形压缩实验难以实施,目前对其多轴力学行为的研究很不充分,一些非常重要的本构参数如塑性泊松比、体积模量等都难以确定。本项目拟基于真实闭孔泡沫铝材料的显微CT扫描影像信息,通过逆向建模方法构建不同相对密度闭孔泡沫铝的三维细观有限元模型,并采用数值模拟和单轴实验测试相结合的科学方法逆向反推孔壁材料的弹塑性本构参数,再改变边界条件计算获得闭孔泡沫铝可信的多轴加载数据,进而研究确定闭孔泡沫铝本构参数与相对密度间的定量函数关系。本项目的研究成果能够为超轻多孔夹芯防护结构的工程设计提供技术参考和理论支持。本项目的研究方法对于其它具有不规则形状和无规律分布材料的力学行为研究有重要的借鉴价值。

项目摘要

本项目以填充闭孔泡沫铝的复杂超轻夹芯结构的吸能防护设计为导向,直面目前多孔金属多轴加载实验难以实施和唯象本构参数难以确定的现状,以单轴实验结果为基础,使用三维细观有限元模型定量研究闭孔泡沫铝在多轴压缩载荷作用下的大变形力学行为,通过逆向思路解决闭孔泡沫铝三维细观有限元模型建立过程中遇到的复杂几何构型和难以测量的孔壁材料本构参数两大难题。(1)基于闭孔泡沫铝的Micro CT断层扫描影像信息,使用逆向工程方法重构了闭孔泡沫铝三维细观实体几何模型并生成六面体剖分单元。根据单轴压缩实验结果拟合了孔壁材料的弹塑性本构参数。(2)改变三维细观有限元模型的边界条件,研究了闭孔泡沫铝在多轴压缩应力状态下的力学行为。通过侧面耦合单轴压缩、静水压缩和等比压缩三种边界条件,实现了闭孔泡沫铝试件11个加载路径的大变形压缩过程。各应力状态下闭孔泡沫铝试件的初始平台应力基本重合。随着轴向应变的增大,泊松比经历了增高-降低-再增高的“S”型变化过程。对于静水压缩,ABAQUS的各向同性强化可压缩泡沫本构模型屈服面会发生非常严重的偏离,Chen-Lu本构模型屈服面会略微低估静水压缩的屈服应力,而体积强化本构模型的屈服面有着很好的精度。(3)基于各向同性可压缩泡沫本构模型框架,定义特征应变为塑性体积应变,采用两参数对称椭圆型屈服面、体积强化和非关联塑性流动法则,参照图形返回应力更新算法,编写了ABAQUS的VUMAT接口子程序,并加入破坏准则。根据三维细观有限元模型计算结果确定了闭孔泡沫铝的本构参数,通过进行不同应力状态下试算,验证了VUMAT接口子程序的正确性和可靠性,可以为泡沫金属用于防护吸能工程设计提供技术支持。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于铁路客流分配的旅客列车开行方案调整方法

基于铁路客流分配的旅客列车开行方案调整方法

DOI:
发表时间:2021
2

一种基于多层设计空间缩减策略的近似高维优化方法

一种基于多层设计空间缩减策略的近似高维优化方法

DOI:10.1051/jnwpu/20213920292
发表时间:2021
3

带有滑动摩擦摆支座的500 kV变压器地震响应

带有滑动摩擦摆支座的500 kV变压器地震响应

DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20200528028
发表时间:2021
4

二维FM系统的同时故障检测与控制

二维FM系统的同时故障检测与控制

DOI:10.16383/j.aas.c180673
发表时间:2021
5

扶贫资源输入对贫困地区分配公平的影响

扶贫资源输入对贫困地区分配公平的影响

DOI:
发表时间:2020

张健的其他基金

批准号:51371185
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:81302127
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401366
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:59806006
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30700416
批准年份:2007
资助金额:15.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51308115
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60673044
批准年份:2006
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:51379064
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:31001138
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:69703014
批准年份:1997
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51178001
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31200456
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81671482
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:91418206
批准年份:2014
资助金额:180.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51579121
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:11604046
批准年份:2016
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91860201
批准年份:2018
资助金额:300.00
项目类别:重大研究计划
批准号:40474031
批准年份:2004
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:50576044
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81772226
批准年份:2017
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:61803114
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81871859
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:71171021
批准年份:2011
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:31101275
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51079050
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81900337
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51804101
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81571121
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:60672002
批准年份:2006
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:81873472
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51076082
批准年份:2010
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:41601185
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901245
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51505269
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:90608006
批准年份:2006
资助金额:50.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61905016
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473137
批准年份:2014
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31471725
批准年份:2014
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
批准号:41574074
批准年份:2015
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30270723
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:91222105
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:11601145
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19401037
批准年份:1994
资助金额:2.40
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51879087
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61902009
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11572330
批准年份:2015
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:51709145
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11071177
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:11371267
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:61004048
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30470945
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81872044
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51401036
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51376190
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31600674
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30872014
批准年份:2008
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:71802160
批准年份:2018
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51171193
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:41402267
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91753117
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81900683
批准年份:2019
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61403348
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81672267
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51171203
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:40174027
批准年份:2001
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:81200901
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51605338
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21002062
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31670439
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:39700143
批准年份:1997
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81601175
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874347
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51602161
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50906096
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30471706
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:81770523
批准年份:2017
资助金额:51.00
项目类别:面上项目
批准号:61070039
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:31502197
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60878048
批准年份:2008
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:51805108
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81371844
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81202882
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30070415
批准年份:2000
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:21073191
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:11871138
批准年份:2018
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:31071150
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:41174085
批准年份:2011
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:50176026
批准年份:2001
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:30170400
批准年份:2001
资助金额:17.00
项目类别:面上项目
批准号:51502157
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51631008
批准年份:2016
资助金额:320.00
项目类别:重点项目
批准号:61076070
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:61302053
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31370628
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:11872190
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81300795
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51608449
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10626037
批准年份:2006
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:31660150
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31871229
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:40074022
批准年份:2000
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:30700818
批准年份:2007
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30871384
批准年份:2008
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:51874049
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:81172292
批准年份:2011
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81400239
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11426023
批准年份:2014
资助金额:15.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81372390
批准年份:2013
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:31571437
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81801920
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61572047
批准年份:2015
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:21773242
批准年份:2017
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41772214
批准年份:2017
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51578010
批准年份:2015
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51407158
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:69772042
批准年份:1997
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:81071490
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:51509235
批准年份:2015
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700842
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51376106
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51702044
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10771151
批准年份:2007
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:81130046
批准年份:2011
资助金额:240.00
项目类别:重点项目
批准号:61802329
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21702046
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50971054
批准年份:2009
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:59575084
批准年份:1995
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:81771513
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

泡沫金属材料唯象动态本构关系研究

批准号:11772247
批准年份:2017
负责人:赵桂平
学科分类:A0807
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
2

闭孔泡沫铝吸能特性与孔结构几何特征参数关系的实验研究

批准号:10972055
批准年份:2009
负责人:杨福俊
学科分类:A0812
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
3

考虑表面弹塑性本构的闭孔纳米泡沫金属强度理论与模型校验

批准号:11872149
批准年份:2018
负责人:糜长稳
学科分类:A0801
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
4

动态多轴加载下泡沫金属的本构关系研究

批准号:11772134
批准年份:2017
负责人:汤立群
学科分类:A1202
资助金额:75.00
项目类别:面上项目