梯度多孔材料能量吸收能力的控制方法技术

本发明专利技术公开了多孔材料能量吸收控制技术领域中的一种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冲击时的能量吸收过程和承受的应力水平。该方法包括：引入用于反应冲击速度与梯度多孔材料能量吸收相关性的速度相关因子；引入与冲击方向位移相关的函数；通过调节相对密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。本发明专利技术提供了梯度多孔材料相对密度的梯度设计方法，控制材料的能量吸收能力，提高材料的能量吸收效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多孔材料能量吸收控制
，尤其涉及一种。
技术介绍
在化工、建筑、交通等众多领域中，多孔材料的能量吸收功能得到广泛的应用。在实际的应用中，被防护物往往是在要求具有质量限制的应用场合中或者面对确定的冲击荷载作用时被使用，这就要求在发挥多孔材料所具有的能量吸收功能的过程中，尽可能的提高多孔材料的能量吸收效率，对被防护物起到更有效的冲击防护作用，并且使吸收能量的过程和效率可以控制，从而实现多孔材料的多目标优化。根据实际应用对多孔材料进行设计，能更加符合应用环境，使得多孔材料能量吸收功能得到更有效的利用。在申请号为200920270168. 9的技术专利《能量吸收结构》中已经提出了一种功能梯度多孔材料。此材料通过对胞元几何尺寸(胞元半径、胞元壁厚等)的控制来控制材料相对密度沿一定方向的梯度变化，进而使得材料的承载能力变成了一个可控的空间变量而不再是一个恒定值。研究结果表明，通过材料梯度的调整，可以控制材料的能量吸收过程(变形前程或是后程)，进而对传入被保护结构的应力水平进行控制，提高被保护结构的安全性。因此，在实际应用中，针对确定的应用场合，在质量及结构尺寸一定的条件下，如何选取和设计材料梯度，更好地发挥梯度多孔材料的能量吸收功能，对于实现梯度多孔材料的多目标优化设计有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种，对于已有梯度多孔材料，通过选取适当的相对密度梯度，使其在受到冲击时，能量吸收过程和承受的应力水平可以控制，进而提高能量吸收能力和效率。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是，一种，其特征是所述方法包括步骤1 引入用于反应冲击速度与梯度多孔材料能量吸收相关性的速度相关因子；步骤2 引入与冲击方向位移相关的函数；步骤3 通过调节相对密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。所述步骤1具体是在密实应变的理论值ε d的计算公式￡d= I-P VPs中引入反应冲击速度与梯度多孔材料能量吸收相关性的速度相关因子f (ν)，将密实应变的理论值 ￡(1的计算公式变为ed = f(v) · (I-PVps)；其中，ν为冲击速度。所述步骤2具体是在梯度多孔材料相对密度△ P的计算公式中引入与冲击方向位移相关的函数，使梯度多孔材料相对密度Δ ρ的计算公式变为Δ ρ = p*.g(y)；其中， y是冲击方向上的位移，P*为多孔材料的相对密度。3所述步骤3具体是，当冲击产生的最大应力确定时，通过选取与冲击方向位移相关的函数，确定梯度多孔材料的相对密度，从而得到可控的应力平台长度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。所述步骤3具体是，当材料空间不变时，通过调整梯度多孔材料相对密度的梯度变化，调控单位体积和单位质量所吸收的能量，从而控制梯度多孔材料的能量吸收能力。本专利技术通过选取适当的梯度多孔材料相对密度的梯度，使梯度多孔材料受到冲击时的能量吸收过程和承受的应力水平可以被控制，提高了能量吸收能力和效率。附图说明图1是梯度多孔材料相对密度的梯度计算模型示意图；图2是梯度多孔材料单位质量的能量吸收率-应变曲线图。具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。通过大量数值计算分析与实际工程的应用表明，梯度多孔材料的平台应力值与冲击速度有关。根据一维冲击波理论，多孔材料动态冲击应力与冲击速度的简单关系式为 权利要求1.一种，其特征是所述方法包括步骤1 引入用于反应冲击速度与梯度多孔材料能量吸收相关性的速度相关因子；步骤2 引入与冲击方向位移相关的函数；步骤3 通过调节相对密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。2.根据权利要求1所述的一种，其特征是所述步骤1具体是在密实应变的理论值ε d的计算公式ε d = I-P 7P s中引入反应冲击速度与梯度多孔材料能量吸收相关性的速度相关因子f (ν)，将密实应变的理论值ε d的计算公式变为^d = f(v) · (1-p7ps)；其中，ν为冲击速度。3.根据权利要求1所述的一种，其特征是所述步骤2具体是在梯度多孔材料相对密度ΔΡ的计算公式中引入与冲击方向位移相关的函数，使梯度多孔材料相对密度△ P的计算公式变为△ P = P*-g(y)；其中，y是冲击方向上的位移，P*为多孔材料的相对密度。4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的一种，其特征是所述步骤3具体是，当冲击产生的最大应力确定时，通过选取与冲击方向位移相关的函数，确定梯度多孔材料的相对密度，从而得到可控的应力平台长度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。5.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的一种，其特征是所述步骤3具体是，当材料空间不变时，通过调整梯度多孔材料相对密度的梯度变化，调控单位体积和单位质量所吸收的能量，从而控制梯度多孔材料的能量吸收能力。全文摘要本专利技术公开了多孔材料能量吸收控制
中的一种，用于控制梯度多孔材料受到冲击时的能量吸收过程和承受的应力水平。该方法包括引入用于反应冲击速度与梯度多孔材料能量吸收相关性的速度相关因子；引入与冲击方向位移相关的函数；通过调节相对密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。本专利技术提供了梯度多孔材料相对密度的梯度设计方法，控制材料的能量吸收能力，提高材料的能量吸收效率。文档编号F16F7/12GK102261415SQ20111012166公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日专利技术者刘颖, 吴鹤翔, 张群峰, 杨帅, 陈绍婷 申请人:北京交通大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种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：步骤１：引入用于反应冲击速度与梯度多孔材料能量吸收相关性的速度相关因子；步骤２：引入与冲击方向位移相关的函数；步骤３：通过调节相对密度，控制梯度多孔材料的能量吸收能力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，张群峰，陈绍婷，吴鹤翔，杨帅，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11