負(fù)梯度泡沫金屬中的局部密實化現(xiàn)象

劉 冕，王根偉，宋 輝，王 彬

（1. 太原理工大學(xué)機械與運載工程學(xué)院應(yīng)用力學(xué)研究所，山西 太原 030024；2. 材料強度與結(jié)構(gòu)沖擊山西省重點實驗室，山西 太原 030024；3. 倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)機械航空工程系，倫敦 UB8 3PH，英國）

多胞金屬兼具質(zhì)輕和優(yōu)異的吸能特性，已被廣泛用于高速火車、汽車和航空航天等領(lǐng)域。在準(zhǔn)靜態(tài)下，多胞材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)彈性、平臺和致密化3 個不同的變形階段[1-2]。在高加載速率下，多胞材料的動態(tài)行為可以通過應(yīng)力增強和變形局部化來表征[3-5]。迄今為止，人們利用沖擊波理論和有限元方法來研究具有不同密度梯度的多胞材料，發(fā)現(xiàn)密度梯度對多胞動態(tài)響應(yīng)下的力學(xué)性能具有重要影響[6-7]，不僅可以影響沖擊過程中應(yīng)力波的傳播[8-9]，同時特定的梯度多胞金屬可以提高材料的能量吸收能力和抗沖擊性能[10-12]。

Reid 等[13]提出用一維剛性-塑性-鎖定(Rigid, perfectly-plastic, locking，R-PP-L)沖擊波模型來描述多胞材料中應(yīng)力波的動態(tài)響應(yīng)；隨后Tan 等[14]利用R-PP-L 模型對沖擊載荷下泡沫材料的動態(tài)壓縮性能進(jìn)行了分析；Wang 等[15]通過R-PP-L 模型分析了線性密度梯度下多胞金屬的耐撞性，發(fā)現(xiàn)正梯度多胞金屬和負(fù)梯度多胞金屬分別對沖擊端和支撐端具有良好的保護(hù)效果；Shen 等[16-17]基于R-PP-L 模型研究了梯度多胞材料在高速壓縮時的沖擊響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)多胞材料沿正梯度方向壓縮時僅在加載端產(chǎn)生一個波陣面（單波模型），沿負(fù)梯度方向壓縮時則會在兩端各產(chǎn)生一個波陣面（雙波模型）。由于R-PP-L 模型僅包含平臺應(yīng)力和……