[發明專利]高速沖擊條件下二維多孔材料緩沖性能的測定方法

在審

• 申請號: 201410826164.X
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104535407A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 孫德強;邢月卿;李國志;張小強;高芬;趙建偉
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G06F19/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本發明屬于二維多孔材料動態緩沖性能測試與評價技術領域，具體涉及一種高速沖擊條件下二維多孔材料緩沖性能的測定方法。

背景技術

目前，材料緩沖性能已有的測定方法有：靜態壓縮試驗法[GB8168-2008]、動態壓縮試驗法[GB8167-2008]和能量吸收圖法。靜態壓縮試驗法通過對緩沖材料的類靜態壓縮響應曲線進行處理，得到“緩沖系數-最大應力”曲線。該測定方法的載荷條件是類靜態壓縮，而實際緩沖應用中緩沖材料常承受著動態沖擊載荷的作用，例如包裝件在流通中的跌落沖擊速度會達10m/s以上，高速行駛的汽車撞擊防護欄會達到50-60m/s，所以該方法無法做到與實際沖擊情形相接近。動態壓縮試驗法，是對某種緩沖材料針對多個跌落高度和樣品厚度，通過改變重錘質量來得到“最大加速度-靜應力”曲線。該測試方法的載荷條件與緩沖應用實際場景相吻合，但存在如下弊端：①為了獲取某一載荷條件下的緩沖性能，要對同一緩沖材料進行不同厚度下的多次測試，數據獲取復雜；②緩沖材料常是粘滯性材料，沖擊速度或應變率影響其緩沖性能，這一方法沖擊過程中的沖擊速度不斷減小，這樣的載荷條件決定了不能用來研究沖擊速度或應變率對材料緩沖性能的影響。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圖法，能量吸收圖是基于緩沖材料不同應變率條件下的動態壓縮應力應變曲線而求得的。Gibson和Ashby(Gibson?LJ,Ashby?MF.Cellular?solids:structure?and?properties,Second?Edition.Cambridge,U.K:Cambridge?University?Press,1997.)在此基礎上詳細介紹了基于能量吸收圖的緩沖設計算法。雖然該方法考慮了多孔材料的相對密度和應變率對緩沖性能的影響，但該方法是從宏觀角度、沖擊速度不高(1～10m/s)的情況下認為影響材料緩沖性能的因素是相對密度和應變率。隨著沖擊速度的增加(10m/s以上)，二維多孔材料共異面沖擊響應應力會急劇增加并且波動幅度會越來越大(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.)。已有測定方法在評價材料緩沖性能時，采用“緩沖系數”的概念。“緩沖系數”是指材料在變形過程中某刻的應力與此前能量吸收的比值，該值越小材料緩沖性能越好。利用“緩沖系數”評價材料緩沖性能時，是假設緩沖材料的響應應力隨著應變的增加而增加，而高速條件下二維多孔材料沖擊響應應力不僅急劇增加并且波動幅度越來越大，所以已有方法無法用來評價高速沖擊載荷條件下二維多孔材料的緩沖性能。

總之，現有的方法不能用來研究高速沖擊載荷條件下沖擊速度、單元構型、結構尺寸等因素對二維多孔材料緩沖性能的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高速沖擊條件下二維多孔材料緩沖性能的測定方法，解決了現有方法不能用來研究高速沖擊載荷條件下二維多孔材料緩沖性能的問題。

本發明所采用的技術方案是：高速沖擊條件下二維多孔材料緩沖性能的測定方法，對二維多孔材料進行緩沖性能測試，得到響應沖擊力位移曲線，然后對沖擊力位移曲線進行標準化處理得到相應標準化應力應變曲線，根據應力應變曲線特點建立并計算最佳單位體積能量吸收、最佳比能量吸收、沖擊力效率、最小動態緩沖系數緩沖性能評價指標，實現高速沖擊載荷條件下對二維多孔材料緩沖性能的測定。

具體包括以下步驟：

步驟1：采用可控速度高速沖擊試驗機對二維多孔材料樣品在某一沖擊速度v下進行緩沖性能測試試驗，記錄沖擊過程中沿沖擊方向上沖擊板的位移u、樣品與沖擊板間的作用力F，得到響應沖擊力位移曲線F-u；