專利名稱：梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于多孔材料能量吸收控制技術領域，尤其涉及一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法。
背景技術：
在化工、建筑、交通等眾多領域中，多孔材料的能量吸收功能得到廣泛的應用。在實際的應用中，被防護物往往是在要求具有質量限制的應用場合中或者面對確定的沖擊荷載作用時被使用，這就要求在發(fā)揮多孔材料所具有的能量吸收功能的過程中，盡可能的提高多孔材料的能量吸收效率，對被防護物起到更有效的沖擊防護作用，并且使吸收能量的過程和效率可以控制，從而實現(xiàn)多孔材料的多目標優(yōu)化。根據(jù)實際應用對多孔材料進行設計，能更加符合應用環(huán)境，使得多孔材料能量吸收功能得到更有效的利用。在申請?zhí)枮?00920270168. 9的實用新型專利《能量吸收結構》中已經(jīng)提出了一種功能梯度多孔材料。此材料通過對胞元幾何尺寸(胞元半徑、胞元壁厚等)的控制來控制材料相對密度沿一定方向的梯度變化，進而使得材料的承載能力變成了一個可控的空間變量而不再是一個恒定值。研究結果表明，通過材料梯度的調整，可以控制材料的能量吸收過程(變形前程或是后程)，進而對傳入被保護結構的應力水平進行控制，提高被保護結構的安全性。因此，在實際應用中，針對確定的應用場合，在質量及結構尺寸一定的條件下，如何選取和設計材料梯度，更好地發(fā)揮梯度多孔材料的能量吸收功能，對于實現(xiàn)梯度多孔材料的多目標優(yōu)化設計有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，對于已有梯度多孔材料，通過選取適當?shù)南鄬γ芏忍荻?，使其在受到?jīng)_擊時，能量吸收過程和承受的應力水平可以控制，進而提高能量吸收能力和效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案是，一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，其特征是所述方法包括步驟1 引入用于反應沖擊速度與梯度多孔材料能量吸收相關性的速度相關因子；步驟2 引入與沖擊方向位移相關的函數(shù)；步驟3 通過調節(jié)相對密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。所述步驟1具體是在密實應變的理論值ε d的計算公式￡d= I-P VPs中引入反應沖擊速度與梯度多孔材料能量吸收相關性的速度相關因子f (ν)，將密實應變的理論值 ￡(1的計算公式變?yōu)閑d = f(v) · (I-PVps)；其中，ν為沖擊速度。所述步驟2具體是在梯度多孔材料相對密度△ P的計算公式中引入與沖擊方向位移相關的函數(shù)，使梯度多孔材料相對密度Δ ρ的計算公式變?yōu)棣?ρ = p*.g(y)；其中， y是沖擊方向上的位移，P*為多孔材料的相對密度。
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所述步驟3具體是，當沖擊產(chǎn)生的最大應力確定時，通過選取與沖擊方向位移相關的函數(shù)，確定梯度多孔材料的相對密度，從而得到可控的應力平臺長度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。所述步驟3具體是，當材料空間不變時，通過調整梯度多孔材料相對密度的梯度變化，調控單位體積和單位質量所吸收的能量，從而控制梯度多孔材料的能量吸收能力。本發(fā)明通過選取適當?shù)奶荻榷嗫撞牧舷鄬γ芏鹊奶荻?，使梯度多孔材料受到?jīng)_擊時的能量吸收過程和承受的應力水平可以被控制，提高了能量吸收能力和效率。


圖1是梯度多孔材料相對密度的梯度計算模型示意圖；圖2是梯度多孔材料單位質量的能量吸收率-應變曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。通過大量數(shù)值計算分析與實際工程的應用表明，梯度多孔材料的平臺應力值與沖
擊速度有關。根據(jù)一維沖擊波理論，多孔材料動態(tài)沖擊應力與沖擊速度的簡單關系式為
權利要求
1.一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，其特征是所述方法包括步驟1 引入用于反應沖擊速度與梯度多孔材料能量吸收相關性的速度相關因子；步驟2 引入與沖擊方向位移相關的函數(shù)；步驟3 通過調節(jié)相對密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，其特征是所述步驟1具體是在密實應變的理論值ε d的計算公式ε d = I-P 7P s中引入反應沖擊速度與梯度多孔材料能量吸收相關性的速度相關因子f (ν)，將密實應變的理論值ε d的計算公式變?yōu)閊d = f(v) · (1-p7ps)；其中，ν為沖擊速度。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，其特征是所述步驟2具體是在梯度多孔材料相對密度ΔΡ的計算公式中引入與沖擊方向位移相關的函數(shù)，使梯度多孔材料相對密度△ P的計算公式變?yōu)椤?P = P*-g(y)；其中，y是沖擊方向上的位移，P*為多孔材料的相對密度。
4.根據(jù)權利要求1-3中任意一項權利要求所述的一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，其特征是所述步驟3具體是，當沖擊產(chǎn)生的最大應力確定時，通過選取與沖擊方向位移相關的函數(shù)，確定梯度多孔材料的相對密度，從而得到可控的應力平臺長度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。
5.根據(jù)權利要求1-3中任意一項權利要求所述的一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，其特征是所述步驟3具體是，當材料空間不變時，通過調整梯度多孔材料相對密度的梯度變化，調控單位體積和單位質量所吸收的能量，從而控制梯度多孔材料的能量吸收能力。
全文摘要
本發(fā)明公開了多孔材料能量吸收控制技術領域中的一種梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法，用于控制梯度多孔材料受到?jīng)_擊時的能量吸收過程和承受的應力水平。該方法包括引入用于反應沖擊速度與梯度多孔材料能量吸收相關性的速度相關因子；引入與沖擊方向位移相關的函數(shù)；通過調節(jié)相對密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。本發(fā)明提供了梯度多孔材料相對密度的梯度設計方法，控制材料的能量吸收能力，提高材料的能量吸收效率。
文檔編號F16F7/12GK102261415SQ20111012166
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權日2011年5月11日
發(fā)明者劉穎, 吳鶴翔, 張群峰, 楊帥, 陳紹婷 申請人:北京交通大學