專利名稱：二維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料動(dòng)態(tài)緩沖性能獲取與評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種ニ維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)國(guó)標(biāo)中緩沖材料緩沖性能的評(píng)價(jià)方法是“緩沖系數(shù)——最大應(yīng)力”曲線法和“最大加速度——靜應(yīng)力”曲線法。前者是對(duì)緩沖材料靜態(tài)壓縮應(yīng)カ應(yīng)變曲線處理后生成的，后者考慮實(shí)際載荷情況對(duì)不同厚度的材料樣品進(jìn)行不同高度的跌落沖擊試驗(yàn)后測(cè)得的。所以“緩沖系數(shù)——最大應(yīng)力”曲線法僅考慮了材料的靜態(tài)力學(xué)性能，實(shí)際緩沖應(yīng)用中材料承受的是一定沖擊速度下的動(dòng)態(tài)載荷。盡管“最大加速度——靜應(yīng)力”曲線法考慮了動(dòng)態(tài)載荷的情況，做到與實(shí)際情形相吻合，但這種方法要對(duì)同一緩沖材料針對(duì)不同厚度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)量龐大，應(yīng)用起來(lái)十分繁瑣，不便于緩沖優(yōu)化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有的方法還存在以下問(wèn)題(1)所需數(shù)據(jù)要通過(guò)對(duì)緩沖材料的多次靜動(dòng)態(tài)試驗(yàn)才能獲取，甚至還要按不同厚度進(jìn)行，數(shù)據(jù)獲取過(guò)程復(fù)雜；(2)由于生產(chǎn)エ藝所限，試驗(yàn)樣品尺寸很難做到足夠豐富，所以已有的基于實(shí)驗(yàn)的方法很難用來(lái)研究構(gòu)型和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其緩沖性能的影響；(3) ニ維多孔材料是應(yīng)變率敏感的材料，沖擊速度影響其緩沖性能，已有的方法無(wú)法用來(lái)研究沖擊速度對(duì)其共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的影響。(4)隨著沖擊速度的增加，ニ維多孔材料共面沖擊應(yīng)力應(yīng)變曲線波動(dòng)幅度不斷增大，而已有方法是假設(shè)應(yīng)カ隨應(yīng)變的増加而增加的，故已有方法不適合于高速?zèng)_擊條件下材料緩沖性能的評(píng)價(jià)。綜上所述，已有方法不僅應(yīng)用起來(lái)困難、繁瑣，很難用來(lái)研究各影響參數(shù)對(duì)緩沖性能的影響，而且也不適合于ニ維多孔材料高速?zèng)_擊條件下共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的評(píng)價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種ニ維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的測(cè)定方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)試驗(yàn)量龐大、應(yīng)用困難和ニ維多孔材料動(dòng)態(tài)緩沖性能無(wú)法評(píng)價(jià)等問(wèn)題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，ニ維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的測(cè)定方法，包括以下步驟(1)對(duì)ニ維多孔材料樣品在某ー恒定沖擊速度下進(jìn)行共面動(dòng)態(tài)緩沖性能分析有限元建模，模擬計(jì)算后得到響應(yīng)沖擊カ和能量吸收曲線；(2)對(duì)(1)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到該ニ維多孔材料在該沖擊速度下的共面沖擊響應(yīng)應(yīng)カ應(yīng)變曲線和單位體積能量吸收曲線；(3)將(2)所得響應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為四段式直線方程，基于此建立評(píng)價(jià)ニ維多孔材料共面緩沖性能的能量吸收模型，綜合各步計(jì)算得到初始應(yīng)變、初始峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)彈性模量、動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)密實(shí)化應(yīng)變、最佳単位體積能量吸收、最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)等共面動(dòng)態(tài)緩沖性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面(I)本發(fā)明所需數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)不同構(gòu)型的ニ維多孔材料在不同共面沖擊速度下的有限元模擬計(jì)算得到的，模型文件可自動(dòng)生成，計(jì)算結(jié)果處理簡(jiǎn)單，避免了試驗(yàn)法數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜性；(2)本發(fā)明通過(guò)有限元法進(jìn)行模擬計(jì)算，大大擴(kuò)大了樣品的尺寸范圍，克服了實(shí)驗(yàn)法因生產(chǎn)エ藝所限很難獲取尺寸足夠豐富樣品來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)的缺點(diǎn)；(3) ニ維多孔材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響其共面緩沖性能，本發(fā)明可以用來(lái)研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的影響規(guī)律，傳統(tǒng)方法是難以做到的；(4)本發(fā)明本可以針對(duì)ニ維多孔材料實(shí)際緩沖時(shí)所承受的沖擊速度進(jìn)行模擬計(jì)算，以做到與實(shí)際情形相吻合。這樣既可以克服“緩沖系數(shù)——最大應(yīng)力”曲線法不能與實(shí)際情形相吻合的弊端，又避免了使用“最大加速度——靜應(yīng)力”曲線 法時(shí)増加試驗(yàn)量和復(fù)雜度的問(wèn)題。因此本方法可以用來(lái)研究沖擊速度對(duì)其共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的影響。(5)本發(fā)明數(shù)據(jù)處理過(guò)程中得到“最佳能量吸收點(diǎn)”、“最佳能量吸收”、“最佳能量吸收效率”、“最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)”等新的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可更方便地用來(lái)評(píng)價(jià)ニ維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料的結(jié)構(gòu)正視圖；圖2為相應(yīng)圖1的側(cè)視圖；圖3為圖1中特征單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料共面動(dòng)態(tài)沖擊分析有限元模型圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料典型的F-U曲線圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料典型的真實(shí)0 - e曲線圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料典型的e_ e曲線圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料低速?zèng)_擊下的能量吸收曲線圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料中速?zèng)_擊下的能量吸收曲線圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料高速?zèng)_擊下的能量吸收曲線圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料不同沖擊速度下的沖擊カ曲線圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)型(圓形)ニ維多孔材料典型的簡(jiǎn)化0 - e曲線圖；圖13是本發(fā)明實(shí)施例多層排列的三角形ニ維多孔材料三維結(jié)構(gòu)圖；圖14是本發(fā)明實(shí)施例多層排列的正方形ニ維多孔材料三維結(jié)構(gòu)圖；圖15是本發(fā)明實(shí)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(shí)o-e曲線圖；圖16是本發(fā)明實(shí)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(shí)e_ e曲線圖17是本發(fā)明實(shí)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(jiǎn)化的o-e曲線得到的Cd-e曲線圖；圖18是本發(fā)明實(shí)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(shí)o - e曲線圖；圖19是本發(fā)明實(shí)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(shí)e-e曲線圖；圖20是本發(fā)明實(shí)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(jiǎn)化的o-e曲線得到的Cd-e曲線圖；圖21是本發(fā)明實(shí)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(shí) o - e 曲線圖；圖22是本發(fā)明實(shí)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(shí) e_ e 曲線圖；圖23是本發(fā)明實(shí)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(jiǎn)化的o - e曲線得到的Cd- e曲線圖；圖24是本發(fā)明實(shí)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(shí)曲線圖；圖25 是本發(fā)明實(shí)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(shí)e-e曲線圖；圖26是本發(fā)明實(shí)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(jiǎn)化的曲線得到的Cd-e曲線具體實(shí)施例方式本發(fā)明ニ維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的測(cè)定方法，包括以下步驟(I)對(duì)ニ維多孔材料樣品在某ー恒定沖擊速度下進(jìn)行共面動(dòng)態(tài)緩沖性能分析有限元建模，模擬計(jì)算后得到響應(yīng)沖擊カ和能量吸收曲線；(2)對(duì)(I)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到該ニ維多孔材料在該沖擊速度下的共面沖擊響應(yīng)應(yīng)カ應(yīng)變曲線和單位體積能量吸收曲線；(3)將(2)所得響應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為四段式直線方程，基于此建立評(píng)價(jià)ニ維多孔材料共面緩沖性能的能量吸收模型，綜合各步計(jì)算得到初始應(yīng)變、初始峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)彈性模量、動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)密實(shí)化應(yīng)變、最佳単位體積能量吸收、最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)等共面動(dòng)態(tài)緩沖性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。本發(fā)明首先針對(duì)ニ維多孔材料在某ー恒定沖擊速度下進(jìn)行共面動(dòng)態(tài)沖擊有限元模擬計(jì)算并標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到響應(yīng)應(yīng)カ應(yīng)變曲線；而后對(duì)應(yīng)カ應(yīng)變曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到用于評(píng)價(jià)其緩沖性能的能量吸收和動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)曲線。通過(guò)簡(jiǎn)化處理可以得到“最佳能量吸收點(diǎn)”、“最佳能量吸收”、“最佳能量吸收效率”、“最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)”等評(píng)價(jià)指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)該ニ維多孔材料在該沖擊條件下的共面動(dòng)態(tài)緩沖性能。工程中實(shí)際應(yīng)用的ニ維多孔材料種類很多，有三角形、長(zhǎng)方形、六邊形、X形、圓形、橢圓形、瓦楞形、正弦波形等多種。為了便于說(shuō)明本實(shí)施方法，現(xiàn)以多層規(guī)則排列的圓形ニ維多孔材料為例，結(jié)構(gòu)正視圖、側(cè)視圖和結(jié)構(gòu)中特征單元尺寸參數(shù)分別如圖1-3所示。結(jié)構(gòu)中每個(gè)特征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(duì)密度為
權(quán)利要求
1.ニ維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的測(cè)定方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)對(duì)ニ維多孔材料在恒定沖擊速度下進(jìn)行共面動(dòng)態(tài)緩沖性能分析有限元建模，并模擬計(jì)算，得到響應(yīng)的沖擊カ和能量吸收曲線； (2)對(duì)(I)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到該ニ維多孔材料在該沖擊速度下的共面沖擊響應(yīng)應(yīng)カ應(yīng)變曲線和單位體積能量吸收曲線； (3)將(2)所得響應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為四段式直線方程，以此建立評(píng)價(jià)ニ維多孔材料共面緩沖性能的能量吸收模型，根據(jù)以上曲線和模型計(jì)算得到初始應(yīng)變、初始峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)彈性模量、動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)密實(shí)化應(yīng)變、最佳単位體積能量吸收、最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)等共面動(dòng)態(tài)緩沖性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。
全文摘要
二維多孔材料共面動(dòng)態(tài)緩沖性能的測(cè)定方法，包括以下步驟(1)對(duì)二維多孔材料在恒定沖擊速度下進(jìn)行共面動(dòng)態(tài)緩沖性能分析有限元建模，并模擬計(jì)算，得到響應(yīng)的沖擊力和能量吸收曲線；(2)對(duì)(1)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到該二維多孔材料在該沖擊速度下的共面沖擊響應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變曲線和單位體積能量吸收曲線；(3)將(2)所得響應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為四段式直線方程，以此建立評(píng)價(jià)二維多孔材料共面緩沖性能的能量吸收模型，根據(jù)以上曲線和模型計(jì)算得到初始應(yīng)變、初始峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)彈性模量、動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力、動(dòng)態(tài)密實(shí)化應(yīng)變、最佳單位體積能量吸收、最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)等共面動(dòng)態(tài)緩沖性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。
文檔編號(hào)G01N19/00GK103033467SQ20121057537
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者孫德強(qiáng), 邢月卿, 鞏桂芬, 李劍玲, 趙郁聰, 李國(guó)志 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)