颗粒金属材料冲击压缩细观力学仿真模型生成方法

基于颗粒金属材料细观尺度结构特点,引入颗粒形状、尺寸、位置等控制参数来描述颗粒金属材料的细观特性。结合材料细观电镜照片及统计规律,利用随机数生成方法及智能优化算法,生成了能够体现颗粒材料细观分布特性的细观力学仿真模型。以典型颗粒金属材料铝为例,对其不同密实度下的细观模型进行了冲击压缩仿真计算,并与已有实验结果进行对比验证。结果表明:基于生成的细观力学仿真模型,由冲击压缩仿真计算得到的Hugoniot参数与实验数据吻合较好,说明该文方法能够生成合理反映材料真实分布的细观模型,可为颗粒金属材料细观尺度仿真研究提供模型基础。

颗粒金属材料冲击压缩细观数值模拟

颗粒金属材料的细观特性对其宏观力学性能有着重要影响。为进一步分析颗粒直径、分布、形态、孔隙率等细观特性对宏观冲击响应行为的影响规律,从颗粒金属材料的细观结构入手,经合理简化,建立了能够反映材料细观分布特性的有限元模型。基于AUTODYN有限元计算程序,对颗粒金属材料冲击压缩细观行为进行了数值模拟,确定了典型颗粒金属材料冲击Hugoniot参数,并与已有的实验结果进行了对比。获取了材料细观特性(颗粒粒径、材料密实度)对材料宏观冲击压缩特性的影响规律,并从细观尺度上获取了材料冲击压缩过程中颗粒冲击变形演化及冲击温升情况。结果表明,数值仿真结果与已有实验数据吻合良好,颗粒金属材料的细观特性对其宏观响应行为有较为显著的影响。

铜粉末动态压缩行为的多颗粒有限元分析

颗粒金属材料的宏观力学性能与其细观特性密切相关,金属粉末的冲击压缩问题有待深入研究。选用实验结果较为丰富的铜粉末作为研究对象,基于多颗粒有限元法建立了颗粒金属材料的二维数值分析模型,研究了铜粉末在冲击压缩下的力学行为。数值计算结果表明,在较高速度冲击下颗粒金属材料呈现出高度局部化的变形带,变形带如同冲击波一样从冲击端向支撑端传播。利用速度场计算方法,计算得到了塑性冲击波波阵面的位置,进而获得了不同孔隙率(0.25~0.60)铜粉末的粒子速度与冲击波波速之间的 Hugoniot 关系,其在较高冲击速度(200~300 m/s)下与实验结果吻合较好。发展了以动态锁定应变为唯一参数的冲击波模型,较好地表征了铜粉末在较高速度冲击下的 Hugoniot 关系和波后应力。