二維各向異性多孔材料多軸蠕變行為的數(shù)值模擬

劉浩偉，蘇步云,2,3，邱 吉，李志強,2,3

（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. 力學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心（太原理工大學(xué)），山西 太原 030024）

多孔材料因具有比強度高、吸能優(yōu)良、抗震性能好等優(yōu)良特性，在汽車和飛機結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計、防護包裝、換熱器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。值得注意的是，大多數(shù)多孔材料經(jīng)常在高溫環(huán)境下長期服役[1-2]，在此條件下必須考慮其蠕變行為的影響。因此，建立合適的多孔材料蠕變本構(gòu)模型尤為重要。合適的蠕變本構(gòu)模型能夠使設(shè)計變得更加合理，進而延長部件的使用壽命。

為了研究多孔材料的蠕變行為，Andrews 等[3]、Hodge 等[4]分別基于彎曲主導(dǎo)的立方模型和軸壓主導(dǎo)的多孔材料模型，推導(dǎo)了開孔蜂窩材料的單軸穩(wěn)態(tài)蠕變速率。盧子興等[5]通過對Warren 等[6]的正四面體模型支柱節(jié)點處的體積進行修正，得到了一種新的四面體模型，并將其用于預(yù)測相對密度較大的多孔材料蠕變性能。

隨著數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，有限元分析（Finite element analysis，F(xiàn)EA）越來越多地被應(yīng)用于多孔材料蠕變行為研究中。Andrews 等[7]模擬了二維Voronoi 模型的穩(wěn)態(tài)蠕變率，分析了邊界條件和胞壁曲率對單軸蠕變行為的影響，結(jié)果表明：細觀結(jié)構(gòu)對多孔材料的蠕變速率和壽命有顯著影響，其中胞壁曲率對蠕變速率的影響最大，胞孔形狀和大小的分布也影響蠕變速率。Oppenheimer 等[8]構(gòu)建了具有不同微觀結(jié)構(gòu)的單元胞體模型，比較了不同應(yīng)力狀態(tài)下多孔材料的應(yīng)力分布特征和變形機理?！?br>