泡沫金属在单、双向载荷作用下的拉伸破坏行为初探

采用低载拉伸试验机对多孔体的单、双向拉伸进行了系列实验，通过分析该材料的单向拉伸破坏机制，发现开孔泡沫金属材料的宏观断裂特点既不同于最大拉应力准则的横向断裂，也不同于最大剪应力准则的塑性流动破坏，而是表现为介于它们之间的一种复杂断裂形式；拉伸断裂过程中多孔体的延伸率主要由三维网络中的金属丝体发生的塑性偏转所造成。通过其双向承载时断裂形态的观测分析，发现泡沫体十字型样品在双向等速拉伸载荷作用下的应力场分布与双向异速拉伸载荷作用下的类似，且其应力场的最大应力线为靠近样品中央载荷区边缘的四次对称曲边四边形。     

泡沫金属在双向承载条件下的力学性能

根据各向同性三维网状泡沫金属的简化结构模型,建立该类材料的双向拉伸力学分析模型.利用该力学模型推出泡沫金属在双向拉伸破坏时两向名义应力与孔率3者的数学关系式,并在此基础上进一步得出该类材料在承受双向载荷时的安全判据.当双向承受的名义应力相等时,还可得到泡沫金属在双向等荷承载条件下的载荷强度与孔率的数学关系.这些关系式通过泡沫镍为例的有关实验数据证明是相当实用的.而由本理论体系可得出对多孔体双向承载条件的安全性判断,这似乎是Gibson和Ashby的有关模型理论所未触及或难以做到的.     

泡沫金属双向等应力拉伸的不同理论应用

在已有的泡沫金属双向名义载荷强度与孔隙率关系的基础上，分析了该材料的双向等应力拉伸加载情形，探讨了泡沫金属在该情形下发生破坏的力学行为。研究结果显示，以“八面体模型”推导出来的有关力学关系，较好地表征了该材料在双向等载条件下的行为特点。     

承受扭矩和剪切时开口多孔金属的孔棱失效

以高孔率的三维网状多孔金属(即开口多孔金属)为研究对象,建立其简化结构失效模型。分析多孔构件在扭转和剪切载荷形式作用下由于孔棱发生拉断、剪切和屈曲而引起的失效模式,系统地研究上述两种承载条件下这类多孔体构件受到载荷作用而导致孔棱失效时名义载荷与孔率的数理关系。在此基础上,进一步研究此类材料在不同载荷作用下发生各种孔棱失效模式的载荷条件。结果表明,这些失效模式与多孔金属的材质指标、孔率及承受的载荷大小等因素均有关系,这种关系也可以进行相应的具体数理表征。     

泡沫材料在剪切载荷作用下的力学关系推演和分析

泡沫金属是一种兼具功能和结构双重属性的优秀工程材料,在作为工程构件时就可能遇到剪切载荷的作用。探讨泡沫材料在剪切载荷作用下其构件内部的力学行为,采用隔离分析的简单方式,通过数理推演得出此种承载状态下的力学关系表征。结果显示,泡沫金属材料受到剪切载荷作用而产生破坏时,其构件内部的最大名义切应力大小可用多孔体的孔率以及泡沫金属材料本身固有的特性参量来描述。通过这种数理关系,直接便捷得到该材料在此时的强度判据。     

泡沫金属力学性能的若干问题

泡沫金属在结构方面的应用口益增多，其力学性能随之显得越来越重要。本文列举了该材料的一些结构用途，在强化其力学性能研究意识的同时，提出了泡沫金属双向拉伸性能研究的基础性和必要性。并从其应用发展趋势、制备方法和结构特点出发，指出该材料双向力学性能与孔率关系研究的重要意义。     

泡沫镍的宏观拉伸断裂行为

本文从宏观的角度探讨了泡沫镍的单向拉伸断裂行为。将孔率为88．29％的泡沫镍试样在室温下进行不同速率的单向拉伸,并与致密镍板的拉伸断裂现象进行对照,考察其拉伸断裂行为的异同。结果表明,泡沫体在拉伸过程中亦表现出宏观的塑性变形特征,但相对于致密体来说,其宏观脆性显著提高。此外,泡沫体在断裂时表现为一个明显的渐进过程,而致密体则相应为一个瞬间过程。     

金属多孔材料力学性能的研究

利用316不锈钢粉末,采用等静压成型和轧制成型的方法制备金属多孔材料,研究不同成型工艺对金属多孔材料力学性能的影响,结果表明金属多孔材料的力学性能根据使用工况可以用环拉强度、拉伸强度、剪切强度以及弯曲性能来表征.通过二次烧结可以明显改善多孔材料的烧结颈,从而可使拉伸强提高38.7%,剪切强度提高9.4%,明显改善金属多孔材料的力学性能.     

三维网状泡沫金属杨氏模量和泊松比的数理表征

杨氏模量和泊松比是工程材料最为基本的两个力学指标.多孔金属是一种兼具功能和结构双重属性的优秀工程材料,采用"八面体分析模型",研究了三维网状泡沫金属的这两个性能指标,发现其表观杨氏模量与多孔体的孔率有比较复杂的数理关系,而其表观泊松比则是一个与孔率无关的特征材料常数.     

泡沫金属双向承载的力学模型

根据开孔泡沫金属材料的结构特点提出其抽象化的新型简化结构模型,即“八面体模型”,在此基础上建立起该类材料在双向拉伸条件下的力学分析模型。从该分析模型出发,推导得出了该类材料在双向拉伸破坏时两向名义应力与孔率三者的数学关系式。结果表明:该关系式还可进一步描述成“偏应力”、“平均应力”和孔率三者之间的关系。本理论模型与Gibson和Ashby的有关理论体系的不同之处是,前者可直接运用“梁理论”进行方便的分析和推演,而后者则不能。验证实验结果显示,本理论模型的数学关系与实际数据吻合良好。