● 摘要
近年来，负泊松比多胞材料与金属泡沫材料作为新型的材料已在航空航天、汽车工业、建筑行业和交通运输等领域得到了一定的应用，对其力学行为的研究在国内外受到越来越多的重视。本文对该类材料及其填充结构进行了探索性的研究，具体工作包括：对具有负泊松比效应的二维及准三维内凹胞体结构模型进行了有限元计算，检验了文献[34]中所给的理论修正公式，对开孔十四面体内凹泡沫模型进行了参数化建模，计算了模型的泊松比及相对杨氏模量随体积压缩率的变化关系。结果表明，文献[34]中的理论修正公式正确，胞体支柱的弯曲机制对材料的变形起到了一定的作用。采用黏弹性压杆技术对泡沫铝合金动态力学性能进行了SHPB实验研究，通过波传播系数法对数据进行了处理，分析了所用的黏弹性压杆的影响，讨论了波形起始点的选取以及试件中的应力均匀性等问题，给出了材料的动态应力-应变曲线，并对试件进行了形貌观察及变形机理的分析。结果表明，波传播系数法能够较好得对波在黏弹性压杆中传播时出现的幅值衰减和波形弥散进行修正，泡沫铝合金材料的应变率效应不明显。通过对泡沫铝合金的Taylor实验研究，建立了简化的分析模型及相应的改进模型，测量了试件变形段的密度值，给出了材料动态屈服应力的表达式，讨论了材料的应变率效应。结果表明，试件变形段的密度值没有达到实体材料的密度值，由模型A和模型B所给出的材料的动态屈服应力及不变形段的速度时程曲线基本一致，此外，由Taylor实验得到的材料的应变率效应的结果与SHPB实验给出的结论一致。计算了泡沫铝在准静态压缩下的力学响应，在此基础上对选用的泡沫本构模型进行了确认，并将材料的Taylor实验数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明，泡沫本构模型选取合适，数值模拟方法有效。在包含偏心率效应的直链塑性铰模型的基础上，通过对外部圆管变形模式的改变，理论分析探讨了金属泡沫填充圆管在静、动态压缩下的平均载荷，并将静载下的结果与实验结果进行了比对。结果表明，该模型在一定程度上体现了填充泡沫与管壁之间的相互作用效应，内部填充泡沫可能对结构的吸能有着更大的贡献。