闭孔泡沫铝的力学性能和吸能能力

在闭孔泡沫铝准静态压缩试验的基础上,研究了其力学性能、吸能能力。结果表明,闭孔泡沫铝单轴压缩应力-应变曲线呈现线弹性变形、塑性平台阶段、致密化阶段3个阶段;闭孔泡沫铝的压缩强度、吸能能力随着孔隙率的增大而减小,采用Gibson-Ashby模型分析闭孔泡沫铝的压缩屈服强度,吻合良好。并在此基础上,提出可供工程使用的多孔泡沫金属吸能能力公式,为其工程应用提供理论支持。     

闭孔泡沫铝缓冲性能及其变形失效机理研究

在闭孔泡沫铝的准静态压缩实验基础上,研究不同孔隙率下的力学性能和吸能性能,分析其压缩变形机理。结果表明,闭孔泡沫铝的压缩过程存在明显的3个阶段:线弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段。随着孔隙率的增大,闭孔泡沫铝的屈服强度、弹性模量和压实应力均减小。在压缩过程中,吸能效率和理想吸能效率均是先上升后下降。孔隙率对吸能效率影响较大,对最大理想吸能效率影响不大。将理想吸能效率曲线和吸能效率曲线结合可以选择合适的缓冲材料,发挥其最佳吸能特性。闭孔泡沫铝在准静态压缩条件下有良好的塑性变形能力,变形呈逐层破坏的特征。     

魔芋葡甘聚糖缓冲包装材料的制备及性能

目的以魔芋葡甘聚糖(KGM)为原料,制备新型的可生物降解的缓冲包装材料并研究其性能。方法采用冷冻干燥法制备缓冲包装材料,利用扫描电镜和静态压缩实验来分析KGM质量分数、冷冻温度、冷冻时间对缓冲包装材料泡孔结构及力学性能的影响。结果随着KGM质量分数的增加,缓冲包装材料的孔隙率降低,但孔径、弹性模量和屈服强度增大,材料的密实化阶段也有所提前;随着冷冻温度的降低,缓冲包装材料的孔隙率、孔径均降低,但弹性模量和屈服强度增大,同时材料的密实化阶段有所提前;随着冷冻时间的延长,缓冲包装材料孔隙率几乎没有变化,孔径略有增大,材料的力学性能变化不明显,弹性模量和屈服强度略有降低,材料的密实化阶段有所推迟。结论 KGM质量分数为3%,冷冻温度为-20℃,冷冻时间为12 h时,KGM缓冲包装材料的最小缓冲系数为2.79,最大静应力为0.156 MPa,其最小缓冲系数及其对应的最大静应力与低密度发泡聚苯乙烯相近,具有实际应用的潜力。     

基于面心立方孔洞堆砌模型的泡沫铝准静态及动态压缩模拟研究

以有限元分析软件 ANSYS 的 Workbench 为平台,以高孔隙率面心立方孔结构(Face centered cubic, FCC)的泡沫铝模型为对象,进行了准静态压缩和落锤冲击的有限元模拟。高孔隙率泡沫铝特指孔隙率(Porosity, Pr)在85%~90%之间的泡沫铝。已有的实验结果表明,孔隙率为90%的泡沫铝的准静态压缩下屈服平台应力值为3 MPa,当冲击应变速率在900 s-1以上时,其屈服平台的应力值稳定在7 MPa 左右;模拟结果与实验结果一致,并发现当应变速率达到35342 s-1后,泡沫铝的屈服平台应力值会再次大幅升高,达到14 MPa。根据泡沫铝压缩模拟的应力云图,揭示了不同应变速率下泡沫铝的吸能能力和变形模式的对应关系,并从结构变形的角度解释了泡沫铝的抗冲击吸能性能优于其准静态压缩的原因。     

泡沫铝的孔隙率对压缩性能的影响

本文采用粉末冶金复合加热新方法，研究了泡沫铝制备工艺参数TiH2与Al2O3对孔隙率的影响、孔隙率及孔结构均匀性对泡沫侣屈服强度的影响以及泡沫铝压缩变形的基本特征。研究结果表明：该方法可以制备孔隙率与结构均匀性可控的泡沫铝；当WTiH2=1％，WAl2O3=1～2％可获得较高的孔隙率和均匀的孔结构；泡沫铝的屈服强度随孔隙率的增加而减小，塑性平台区的变形范围随之增加，应力变化范围减小，力学稳定性增加，能量吸收性能和抗冲击性能变好；泡孔结构均匀的泡沫铝，其应力-应变曲线的塑性平台区较不均匀的要平缓、稳定。     

闭孔泡沫Mg2Si/Al复合材料的制备及压缩性能研究

采用熔体发泡法,以原位自生Mg2Si/Al复合材料为基体,CaCO3作发泡剂,通过控制温度和搅拌参数,成功制备出不同密度的闭孔泡沫铝。通过静态压缩性能试验发现:泡沫Mg2Si/Al复合材料的压缩过程具备泡沫金属压缩变形的三阶段(弹性变形、应力平台区、致密化阶段)特征;压缩屈服强度和平台应力均随密度增加而增大;屈服点附近应力值下降,应力平台区出现锯齿波形,暴露出孔壁的脆性破裂特征。经过人工时效热处理,泡沫Mg2Si/Al复合材料的屈服强度显著增大。通过观察孔壁的微观组织发现,Al基体被孔壁中粗大的Al+Mg2Si伪共晶组织所割裂。     

闭孔泡沫铝的动态压缩性能试验研究

为了研究闭孔泡沫铝动态压缩性能的应变率效应,采用改进的INSTRON高速动力加载系统,对不同应变率下闭孔泡沫铝试件进行动态压缩试验研究。首先利用正向试验和反向试验技术对不同厚度的闭孔泡沫铝试件在同一加载速率下的动态压缩性能进行了研究,得到了在一定速率下消除泡沫铝动态压缩试验中惯性效应的合理试件厚度。进一步开展了闭孔泡沫铝试件在不同加载速率下的高速压缩试验,研究了其动态压缩性能随应变率的变化规律。结果表明在高速压缩下,闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同,具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应,而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势,初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。闭孔泡沫铝的吸能能力随应变率的增加而明显提升。     

开孔与闭孔泡沫铝的压缩力学行为

研究了开孔与闭孔两种胞孔结构不同、制备工艺不同的泡沫铝在准静态压缩载荷下的压缩响应曲线.结果表明:开孔与闭孔泡沫铝压缩应力-应变曲线均具有多孔泡沫材料明显的三阶段特征,即线弹性段、塑性屈服平台段及致密段;相对密度对泡沫材料的力学性能(如杨氏模量、屈服强度)有很大影响;在准静态下,开孔泡沫铝表现出明显的应变率效应,而闭孔泡沫不如开孔敏感;泡沫铝材料表现为弱的各向异性;胞孔结构影响两种泡沫材料的压缩响应曲线.     

静态载荷下丝瓜络的能量吸收性能研究

为了深入了解丝瓜络的力学性能、能量吸收特性及其规律,对丝瓜络进行了轴向静态压缩试验,再通过拟合试验数据得到丝瓜络的单位体积的吸能量与密度的关系式。试验结果表明:丝瓜络的应力-应变曲线有3个阶段,即弹性阶段、屈服平台阶段和密实化阶段,屈服平台阶段的平台应力在0.15~0.50 MPa之间,密实化应变在70%左右,且其平台区较长,是一种理想的吸能材料;丝瓜络是一种对密度敏感的材料,其屈服强度、平台应力和单位体积的吸能量均随密度的增加而增加,密实化应变随密度增加而减小;丝瓜络单位质量的吸能量可以与泡沫铝材料相媲美。研究结果可作为设计基于丝瓜络结构的新型超轻仿生材料结构的基础数据     

粉体致密化制备铁基泡沫

采用了粉体致密化（PCF）工艺制备铁基泡沫,研究了各工艺参数的影响规律,得出了实验条件下的优化工艺参数配置,即发泡剂含量0.4～0.5wt%、冷压压力范围1020～1720MPa、发泡温度1330℃、加热速度15℃/min、保温时间2～2.5min。并对孔隙率为53%的铁基泡沫样品进行了压缩性能测试,得到其最大压缩屈服强度约为110MPa,展示了比泡沫铝更加优越的抗压缩、能量吸收性能。这些研究结果对铁基泡沫的研究与开发提供了参考。     

粉煤灰聚氨酯复合泡沫静动态力学特性实验研究

以大尺寸粉煤灰漂珠为主要组分,以硬质聚氨酯泡沫为黏结剂制备了一种具有多尺度胞孔形态的复合泡沫,对其准静态压缩和动态冲击下的力学性能和变形机制进行研究。结果表明:①该复合泡沫应力应变曲线具有典型的线弹性、塑性平台和致密化三个特征阶段且具有相对稳定的平台应力;在密度0.45~0.6 g/cm^3,复合泡沫平台应力(6.5~18 MPa)和到压实应变处吸收的能量(3.42~8.9 MJ/m 3)随密度增大而提高,且平台应力与相对密度之间满足幂函数关系;②采用铝蜂窝为增强相可使同密度下复合泡沫抗压强度和平台应力分别提升约20%~45%和10%~25%,准静态下复合泡沫主要发生剪切失效,增强泡沫的主要失效形式则转变为轴向压缩失效。③在0.001~1500 s^-1应变率范围内,复合泡沫抗压强度有明显的应变率效应但平台应力并未随应变率的增大而提高。增强复合泡沫的强度和平台应力均呈现出明显的应变率效应,采用铝蜂窝不仅能提高复合泡沫力学性能,还能够改善其力学行为,使材料具有更优异的动力学特性;研究为工业固废粉煤灰的综合利用提供新思路。     

Fabrication of porous poly(L-lactide) (PLLA) scaffolds for tissue engineering using liquid–liquid phase separation and freeze extraction

PLLA scaffolds were successfully fabricated using liquid–liquid phase separation with freeze extraction techniques. The effects of different processing conditions, such as method of cooling (direct quenching and pre-quenching), freezing temperature (−80°C and −196°C) and polymer concentration (3, 5 and 7 wt%) were investigated in relations to the scaffold morphology. SEM micrographs of scaffolds showed interconnected porous network with pore size ranging from 20 to 60 μm. The scaffolds had porosity values ranging from 80 to 90%. Changes to the interconnected network, porosity and pore size were observed when the method of cooling and polymer concentration was changed. Direct quenching to −80°C gave a more porous interconnected microstructure with uniform pore size compared to samples prepared using pre-quenching method. Larger pores were observed for samples quenched at −80°C compared to −196°C. Scaffolds prepared using direct quenching to −196°C had higher elastic modulus and compressive stress compared to those quenched to −80°C. The compressive elastic modulus ranged from 4 to 7 MPa and compressive stress at 10% strain was from 0.13 to 0.18 MPa.     

创新构型泡沫TiAl的制备及其力学响应特征

兼有金属和陶瓷特性的TiAl金属间化合物泡沫材料具有明确的性能优势和目标需求,在高温隔热材料、酸碱环境下的过滤材料、催化剂载体等领域有广阔的应用前景。本文首先采用Ti/Al元素粉末反应烧结制备了TiAl合金粉体,然后采用脱溶-烧结工艺制备了孔隙分布均匀、通孔型单孔结构的泡沫TiAl,该工艺可实现孔隙率、孔径、孔形等可控。准静态压缩测试表明,TiAl属于脆性泡沫材料,超过弹性区到达上屈服点时,材料瞬时坍塌失效。同时,随孔隙率的增大,TiAl的屈服强度、杨氏模量和弹性区域均减小,屈服强度与孔隙率的响应关系满足Gibson-Ashby模型。     

Experimental Investigation on Steel Foams Fabricated by Sintering-Dissolution Process

This article describes a new process to manufacture open-cell steel foams. Calcium chloride anhydrous is used as a space holder. By changing the values of the main manufacturing parameters such as volume percentage, and the size and shape of the space holder, we produce different steel foam samples which cover a wide range of solid fraction, pore size, and shape. The effects of space-holder content and sintering condition such as temperature and time on the porosity of steel foam samples are discussed. The microstructure and composition of steel foam samples are observed and analyzed by scanning electron microscope and X-ray diffraction. The compressive curves of steel foams are measured by a universal testing machine. The experiment results show the compressive strength of steel foam samples with porosities between 65% and 85% is in the range of 66.4 ～ 12.9 MPa. The compressive strength depends mainly on the porosity and pore shape. The absorbed energy per unit volume (W) of steel foams with porosities between 85% and 65% is in range of 6.8 ～ 31.2 MJ/m³. Under the condition of identical porosity, the absorbed energy per unit volume (W) of steel foam is about three times of aluminum foam. In compression, steel foam specimens show heterogeneous macroscopic deformation.     

闭孔泡沫铝压缩性能研究

闭孔泡沫铝作为一种新型多孔金属材料,被应用于各个领域,但其压缩力学性能受到孔隙率、孔洞结构参数、相对密度及材料基本力学性能等的影响,因此针对某闭孔泡沫铝企业研究出的一款新型产品,在确定其相关参数后进行10组试样的压缩力学试验,确定其应力-应变曲线,分析各段曲线意义和产生机理,并针对其特有的压缩力学性能,研究在外力作用下的吸能表现,为该型号的闭孔泡沫铝材料在各个行业中的应用提供技术支持和参考依据。      

熔体发泡法泡沫铝的力学性能研究

对采用熔体发泡法制造的不同密度泡沫铝进行了准静态压缩试验、拉伸试验和弯曲试验。结果表明,泡沫铝的压缩特性曲线包括线弹性变形区、平台区和密实化区。试样的高宽比H/D明显影响压缩应力-应变曲线。当H/D较小时,平台应力曲线较平滑;当H/D较大时,平台应力曲线剧烈波动,呈显著的锯齿状。且在试样中间部位出现与加载轴线呈25°—45°的剪切带。拉伸和弯曲过程中,泡沫铝应力快速增加,当达到应力峰值即屈服点后急剧减小,在最终破断失效前,没有明显的屈服变形带。压缩坪应力Rpl、拉伸屈服应力RUTS和冷弯屈服应力Rf随密度的增加而增加。     

Effect of heat treatment on mechanical properties of low alloy steel foams

Effect of heat treatment on compressive properties of low alloy steel foams (Fe–1.75 Ni–1.5 Cu–0.5 Mo–0.6 C) having porosities in the range of 47.4–71.5% with irregular pore shape, produced by the space holder-water leaching technique in powder metallurgy, was investigated. Low alloy steel powders were mixed with different amounts of space holder (carbamide), and then compacted at 200 MPa. Carbamide in the green compacts was removed by water leaching at room temperature. The green specimens were sintered at 1200 °C for 60 min in hydrogen atmosphere. Sintered compacts were heat treated by austenitizing at 850 °C for 30 min and then quenched at 70 °C in oil and tempered at 210 °C for 60 min. In this porosity range, compressive yield strengths of as-sintered and heat treated specimens were 28–122 MPa and 18–168 MPa, respectively. The resultant Young’s moduli of the as-sintered and heat treated specimens were 0.68–3.12 GPa and 0.47–3.47 GPa, respectively. The heat treatment enhanced the Young’s modulus and compressive yield strength of the foams having porosities in the range of 47.4–62.3%, as a consequence of matrix strengthening. However, the compressive yield stress and Young’s modulus of the heat treated foam having 71.5% porosity were lower than that of the as-sintered foam’s, as a result of cracks in the structure. The results were discussed in light of the structural findings.     

微孔结构对PMI泡沫准静态压缩性能的影响

基于BBC点集建立了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)闭孔泡沫的Kelvin十四面体模型和Laguerre模型,并采用有限元方法研究了其在准静态载荷作用下的压缩性能。分析了孔径大小、泡孔体积离散系数对压缩弹性模量、初始峰值应力和能量吸收能力的影响。结果表明:Kelvin十四面体模型可以较好地预测PMI泡沫的压缩弹性模量和峰值应力;在相同相对密度条件下,小孔径泡沫的初始峰值应力和能量吸收能力均高于大孔径泡沫,而压缩弹性模量则低于大孔径泡沫;随着泡孔体积离散系数的增大,闭孔PMI泡沫压缩弹性模量、初始峰值应力和能量吸收能力均减小。     

纳米纤维增强闭孔泡沫材料的力学性能

为研究纳米纤维增强闭孔泡沫材料的力学性能,采用Voronoi随机泡沫模型对闭孔泡沫材料的细观几何结构进行模拟,并将纳米纤维随机分布在泡沫材料的胞壁中,利用改进的自动搜索耦合（ASC）技术将纤维单元与基体单元进行耦合,建立了能够反映纳米纤维增强闭孔泡沫材料细观结构的数值模型。在此基础上,进一步研究了泡沫模型随机度、相对密度以及纳米纤维长径比和质量分数对纳米纤维增强闭孔泡沫材料弹性模量与屈服强度的影响规律。结果表明:由所建立的数值模型得到的纳米纤维增强闭孔泡沫材料的弹性模量和屈服强度与实验值吻合较好;提高泡沫模型的随机度会使复合泡沫材料的弹性模量和屈服强度增加,而当随机度达到0.450以后,材料的弹性模量和屈服强度几乎不再发生变化;当相对密度在0.05~0.30范围内变化时,复合泡沫材料的弹性模量与屈服强度几乎随相对密度的增加呈线性增长;提高纳米纤维长径比和质量分数也会使材料的弹性模量和屈服强度得到提高,但当纤维长径比达到500以后,纤维长径比的增强作用逐渐减弱。所得结论对纳米纤维增强闭孔泡沫材料的制备具有重要意义。