[发明专利]高速冲击条件下二维多孔材料缓冲性能的测定方法

说明书

技术领域

本发明属于二维多孔材料动态缓冲性能测试与评价技术领域，具体涉及一种高速冲击条件下二维多孔材料缓冲性能的测定方法。

背景技术

目前，材料缓冲性能已有的测定方法有：静态压缩试验法[GB8168-2008]、动态压缩试验法[GB8167-2008]和能量吸收图法。静态压缩试验法通过对缓冲材料的类静态压缩响应曲线进行处理，得到“缓冲系数-最大应力”曲线。该测定方法的载荷条件是类静态压缩，而实际缓冲应用中缓冲材料常承受着动态冲击载荷的作用，例如包装件在流通中的跌落冲击速度会达10m/s以上，高速行驶的汽车撞击防护栏会达到50-60m/s，所以该方法无法做到与实际冲击情形相接近。动态压缩试验法，是对某种缓冲材料针对多个跌落高度和样品厚度，通过改变重锤质量来得到“最大加速度-静应力”曲线。该测试方法的载荷条件与缓冲应用实际场景相吻合，但存在如下弊端：①为了获取某一载荷条件下的缓冲性能，要对同一缓冲材料进行不同厚度下的多次测试，数据获取复杂；②缓冲材料常是粘滞性材料，冲击速度或应变率影响其缓冲性能，这一方法冲击过程中的冲击速度不断减小，这样的载荷条件决定了不能用来研究冲击速度或应变率对材料缓冲性能的影响。Maiti等人(Maiti SK,Gibson LJ,Ashby MF.Deformation and energy absorption diagrams for cellular solids.Acta Materialia.1984,32(2):1963–1975.)提出了多孔材料能量吸收图法，能量吸收图是基于缓冲材料不同应变率条件下的动态压缩应力应变曲线而求得的。Gibson和Ashby(Gibson LJ,Ashby MF.Cellular solids:structure and properties,Second Edition.Cambridge,U.K:Cambridge University Press,1997.)在此基础上详细介绍了基于能量吸收图的缓冲设计算法。虽然该方法考虑了多孔材料的相对密度和应变率对缓冲性能的影响，但该方法是从宏观角度、冲击速度不高(1～10m/s)的情况下认为影响材料缓冲性能的因素是相对密度和应变率。随着冲击速度的增加(10m/s以上)，二维多孔材料共异面冲击响应应力会急剧增加并且波动幅度会越来越大(Deqiang Sun,Weihong Zhang,Yanbin Wei.Mean out-of-plane dynamic plateau stresses of hexagonal honeycomb cores under impact loadings.Composite Structures.2010,92(11),2609–2621.Deqiang Sun,Weihong Zhang.Mean in-plane plateau stresses of hexagonal honeycomb cores under impact loadings[J].Composite Structures.2009,91(2),168–185.)。已有测定方法在评价材料缓冲性能时，采用“缓冲系数”的概念。“缓冲系数”是指材料在变形过程中某刻的应力与此前能量吸收的比值，该值越小材料缓冲性能越好。利用“缓冲系数”评价材料缓冲性能时，是假设缓冲材料的响应应力随着应变的增加而增加，而高速条件下二维多孔材料冲击响应应力不仅急剧增加并且波动幅度越来越大，所以已有方法无法用来评价高速冲击载荷条件下二维多孔材料的缓冲性能。

总之，现有的方法不能用来研究高速冲击载荷条件下冲击速度、单元构型、结构尺寸等因素对二维多孔材料缓冲性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速冲击条件下二维多孔材料缓冲性能的测定方法，解决了现有方法不能用来研究高速冲击载荷条件下二维多孔材料缓冲性能的问题。

本发明所采用的技术方案是：高速冲击条件下二维多孔材料缓冲性能的测定方法，对二维多孔材料进行缓冲性能测试，得到响应冲击力位移曲线，然后对冲击力位移曲线进行标准化处理得到相应标准化应力应变曲线，根据应力应变曲线特点建立并计算最佳单位体积能量吸收、最佳比能量吸收、冲击力效率、最小动态缓冲系数缓冲性能评价指标，实现高速冲击载荷条件下对二维多孔材料缓冲性能的测定。

具体包括以下步骤：

步骤1：采用可控速度高速冲击试验机对二维多孔材料样品在某一冲击速度v下进行缓冲性能测试试验，记录冲击过程中沿冲击方向上冲击板的位移u、样品与冲击板间的作用力F，得到响应冲击力位移曲线F-u；