[发明专利]二维多孔材料共面动态缓冲性能的测定方法

说明书

技术领域

本发明属于材料动态缓冲性能获取与评价技术领域，涉及一种二维多孔材料共面动态缓冲性能的测定方法。

背景技术

目前，我国国标中缓冲材料缓冲性能的评价方法是“缓冲系数——最大应力”曲线法和“最大加速度——静应力”曲线法。前者是对缓冲材料静态压缩应力应变曲线处理后生成的，后者考虑实际载荷情况对不同厚度的材料样品进行不同高度的跌落冲击试验后测得的。所以“缓冲系数——最大应力”曲线法仅考虑了材料的静态力学性能，实际缓冲应用中材料承受的是一定冲击速度下的动态载荷。尽管“最大加速度——静应力”曲线法考虑了动态载荷的情况，做到与实际情形相吻合，但这种方法要对同一缓冲材料针对不同厚度进行试验，试验量庞大，应用起来十分繁琐，不便于缓冲优化设计。现有的方法还存在以下问题：

(1)所需数据要通过对缓冲材料的多次静动态试验才能获取，甚至还要按不同厚度进行，数据获取过程复杂；

(2)由于生产工艺所限，试验样品尺寸很难做到足够丰富，所以已有的基于实验的方法很难用来研究构型和结构参数对其缓冲性能的影响；

(3)二维多孔材料是应变率敏感的材料，冲击速度影响其缓冲性能，已有的方法无法用来研究冲击速度对其共面动态缓冲性能的影响。

(4)随着冲击速度的增加，二维多孔材料共面冲击应力应变曲线波动幅度不断增大，而已有方法是假设应力随应变的增加而增加的，故已有方法不适合于高速冲击条件下材料缓冲性能的评价。

综上所述，已有方法不仅应用起来困难、繁琐，很难用来研究各影响参数对缓冲性能的影响，而且也不适合于二维多孔材料高速冲击条件下共面动态缓冲性能的评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维多孔材料共面动态缓冲性能的测定方法，解决了现有技术试验量庞大、应用困难和二维多孔材料动态缓冲性能无法评价等问题。

本发明的目的是这样实现的，二维多孔材料共面动态缓冲性能的测定方法，包括以下步骤：

（1）对二维多孔材料样品在某一恒定冲击速度下进行共面动态缓冲性能分析有限元建模，模拟计算后得到响应冲击力和能量吸收曲线；

（2）对（1）中的计算结果进行标准化处理，得到该二维多孔材料在该冲击速度下的共面冲击响应应力应变曲线和单位体积能量吸收曲线；

（3）将（2）所得响应应力应变曲线简化为四段式直线方程，基于此建立评价二维多孔材料共面缓冲性能的能量吸收模型，综合各步计算得到初始应变、初始峰应力、动态弹性模量、动态峰应力、动态密实化应变、最佳单位体积能量吸收、最小动态缓冲系数等共面动态缓冲性能评价指标。

本发明的有益效果表现在如下几个方面：

（1）本发明所需数据是通过对不同构型的二维多孔材料在不同共面冲击速度下的有限元模拟计算得到的，模型文件可自动生成，计算结果处理简单，避免了试验法数据分析的复杂性；

（2）本发明通过有限元法进行模拟计算，大大扩大了样品的尺寸范围，克服了实验法因生产工艺所限很难获取尺寸足够丰富样品来进行试验的缺点；

（3）二维多孔材料的结构参数影响其共面缓冲性能，本发明可以用来研究结构参数对其共面动态缓冲性能的影响规律，传统方法是难以做到的；

（4）本发明本可以针对二维多孔材料实际缓冲时所承受的冲击速度进行模拟计算，以做到与实际情形相吻合。这样既可以克服“缓冲系数——最大应力”曲线法不能与实际情形相吻合的弊端，又避免了使用“最大加速度——静应力”曲线法时增加试验量和复杂度的问题。因此本方法可以用来研究冲击速度对其共面动态缓冲性能的影响。

（5）本发明数据处理过程中得到“最佳能量吸收点”、“最佳能量吸收”、“最佳能量吸收效率”、“最小动态缓冲系数”等新的评价指标，可更方便地用来评价二维多孔材料共面动态缓冲性能。

附图说明

图1是本发明实施例构型(圆形)二维多孔材料的结构正视图；

图2为相应图1的侧视图；

图3为图1中特征单元的结构示意图；

图4是本发明实施例构型(圆形)二维多孔材料共面动态冲击分析有限元模型图；

图5是本发明实施例构型(圆形)二维多孔材料典型的F-u曲线图；

图6是本发明实施例构型(圆形)二维多孔材料典型的真实σ-ε曲线图；

图7是本发明实施例构型(圆形)二维多孔材料典型的e-ε曲线图；

图8是本发明实施例构型(圆形)二维多孔材料低速冲击下的能量吸收曲线图；