泡沫铝-聚氨酯复合材料力学及吸能性能分析

目的 研究泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料准静态压缩力学性能、吸能性能、吸能效率和理想吸能效率的影响。方法 将制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料试样在万能材料试验机上进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,由应力-应变曲线分析材料的吸能性能、吸能效率、理想吸能效率。结果 当泡沫铝孔径一定,泡沫铝相对密度由0.350提升至0.384时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了4.38 MPa,而最大吸能效率由0.29下降至0.27,准静态压缩性能有所提高。当泡沫铝相对密度一定,泡沫铝孔径由5 mm增加至9 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了6.16 MPa,而最大吸能效率由0.25升高到0.27,准静态压缩性能有所提高。结论 当进行准静态压缩时,泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的吸能性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的最大吸能效率随相对密度的增大而减小,随孔径的增大变化微小。     

孔径对球体开孔泡沫铝压缩及吸能性能的影响

目的 研究在准静态压缩过程中,不同孔径（泡沫铝内部胞孔的直径）对球体开孔泡沫铝压缩性能及吸能性能的影响。方法 针对3种不同孔径的泡沫铝试样进行准静态压缩实验。通过准静态压缩试验得出泡沫铝的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线计算得到吸能-应变曲线。结果 当泡沫铝孔径从5 mm增加到9 mm时,球形孔开孔泡沫铝的屈服强度增加了4.6862 MPa,最大吸能效率由24.45%提升到27.71%,力学性能和吸能性能均得到提升。结论 泡沫铝的压缩性能和吸能性能随着球体开孔泡沫铝孔径的增加而增强。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能分析

目的研究泡沫铝孔径(泡沫铝内部孢孔直径)对泡沫铝压缩性能的影响,并对泡沫铝、聚氨酯(PU)、泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能进行对比分析。分析泡沫铝孔隙率、聚氨酯含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能和吸能性能的影响规律。方法对试样进行准静态压缩试验。结果通过准静态压缩试验,分别得出了对应的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线推导出吸能-应变曲线。结论从试验所得的应力-应变曲线和吸能-应变曲线可知,泡沫铝压缩性能、吸能性能随着泡沫铝孔径的增加而变好,且在泡沫铝中加入聚氨酯形成泡沫铝-聚氨酯复合材料后,其压缩性能、吸能性能相对于单纯泡沫铝、聚氨酯有很大提升。当泡沫铝孔隙率一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着聚氨酯含量的增加而变好。当聚氨酯含量一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着泡沫铝孔隙率的减小而变好。     

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。     

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。     

泡沫铝动态力学性能的实验研究

本文主要利用分离式霍布金森压杆 (SHPB)对泡沫铝进行了三种应变率 (0 6× 10 3 s、1 0× 10 3 s和 1 9× 10 3 s)动态压缩实验。实验结果表明 :泡沫铝的动态应力 应变曲线也具有泡沫材料的动态应力 应变曲线的“三阶段”特征 ,并且应变率对其影响明显 ,流动应力随着应变率的增加而增加 ,泡沫材料的力学性能更多地表现出泡沫结构特性     

泡沫铝-聚氨酯静态压缩特性及吸能特性分析

目的研究球形孔开孔泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料力学性能的影响,以及对其吸能性能的影响。方法对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果通过准静态压缩实验,得出分别对应的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线推导出吸能-应变曲线。当泡沫铝孔径一定时,泡沫铝相对密度从35.0%提升到38.4%时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的屈服强度增加了6.5 MPa。当泡沫铝相对密度一定时,泡沫铝孔径从5.5 mm增大到9.5 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的屈服强度增加了3.38 MPa。结论泡沫铝的相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料的性能有很大的影响,泡沫铝的相对密度越大,复合材料的性能越好,泡沫铝孔径越大复合材料性能越好,且泡沫铝相对密度越大,复合材料吸能特性越好,泡沫铝孔径越大,复合材料吸能特性越好。     

相对密度对泡沫铝力学性能和能量吸收性能的影响

对不同相对密度的两种胞孔结构--开孔和闭孔泡沫铝进行了单轴压缩试验,研究了相对密度对泡沫铝力学性能和能量吸收性能的影响.结果表明:随着相对密度的增大,泡沫铝的屈服强度与流动应力也相应增加,通过对本实验结果进行拟合,得出泡沫铝的屈服强度与相对密度的关系式.泡沫铝材料吸收的能量随着应变量的增大而增加,在相同应变量下,高密度开孔泡沫铝的吸收能比低密度闭孔材料多.吸能效率反映材料本身的一种属性,高的理想吸能效率表明泡沫铝是一种优良的吸能材料.     

泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的 研究在压缩过程中,泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响。方法 对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果 通过准静态压缩实验得出泡沫铝以及不同孔隙率的泡沫铝-聚氨酯复合材料的应力-应变曲线,分析可知泡沫铝孔隙率从94.6%降到93%,其吸能性能增加了71.9%。结论 在泡沫铝中加入聚氨酯形成的泡沫铝-聚氨酯复合材料相比于泡沫铝的吸能性能得到很大提高,且泡沫铝的孔隙率与泡沫铝-聚氨酯的吸能性能成负相关的关系。     

相对密度对球体开孔泡沫铝压缩及吸能性能的影响

目的研究球体开孔泡沫铝的相对密度在准静态压缩过程中对球体开孔泡沫铝压缩性能和吸能性能的影响。方法对准备的3种不同相对密度的泡沫铝试样进行准静态压缩试验。结果利用相关软件绘制出不同相对密度球体开孔泡沫铝试样的实验曲线,由分析试验曲线可知,当泡沫铝的相对密度从0.35提升到0.392时,球体开孔泡沫铝的屈服强度虽增加了3.2MPa,但吸能效率的最大值下降了近2.4%。结论随着泡沫铝相对密度的提高,其压缩性能越高、抗压强度越高。在同等应变下,高密度泡沫铝比低密度泡沫铝的吸能性能好。泡沫铝相对密度越大,吸能效率的最大值越小,理想吸能效率的最大值也越小。     

Effect of Porosity and Cell Size on the Dynamic Compressive Properties of Aluminum Alloy Foams

The dynamic mechanical properties of open-cell aluminum alloy foams with different relative densities and cell sizes have been investigated by compressive tests.The strain rates varied from 700 s^-1 to 2600 s^-1.The experimental results showed that the dynamic compressive stress-strain curves exhibited a typical three-stage behavior:elastic,plateau and densification.The dynamic compressive strength of foams is affected not only by the relative density but also by the strain rate and cell size.Aluminum alloy foams with higher relative density or smaller cell size are more sensitive to the strain rate than foams with lower relative density or larger cell size.     

聚氨酯泡沫铝复合材料动态力学实验

通过在开孔泡沫铝中填充聚氨酯得到了聚氨酯泡沫铝, 利用Hopkinson杆对泡沫铝与泡沫聚氨酯组成的三维连续网络增强复合材料进行了在不同相对密度、 应变率和聚氨酯含量下的动态压缩实验。结果表明, 在相同应变率和相对密度下, 与泡沫纯铝相比, 聚氨酯泡沫铝屈服强度和压缩应变量显著增加, 而且应力-应变曲线出现明显的抖动。 随着应变的不断增大, 应力也逐渐增加, 在达到某一相同的应变时, 聚氨酯泡沫铝的应力值较高, 吸能量也较多。另外, 当应变率增加时, 聚氨酯泡沫铝表现出很明显的应变率效应。      

6013-T4铝合金不同温度下的动态流变应力及组织演变

采用分离式霍普金森(SHPB)压杆装置进行6013-T4铝合金动态压缩试验,获得温度为25℃、100℃、200℃、300℃、400℃,应变速率为1 000s~(-1)、2 000s~(-1)、3 000s~(-1)、4 000s~(-1)、5 000s~(-1)条件下材料的真应力-真应变曲线,并通过透射电子显微镜(TEM)观测了6013-T4铝合金在不同变形条件下的组织演变。结果表明:6013铝合金有明显的温度敏感性,但是对应变速率的敏感性较弱。应变速率和温度对6013铝合金微观组织的影响显著,位错密度随应变速率的升高而增大,随温度的升高而减小。基于实验数据,求得了6013铝合金Johnson-Cook模型的本构参数并建立其本构模型。与实验结果进行对比,结果表明,所建立的本构模型能够很好地预测6013铝合金的流变应力。     

短纤维对泡沫铝压缩力学性能与吸能特性的影响研究

为探索闭孔泡沫铝加入短纤维后的力学性能和吸能特性变化规律.利用熔体发泡法在铝熔体中加入短碳纤维后制作得到纤维增强泡沫铝,通过万能材料试验机和高速液压伺服材料试验机在常温下分别对泡沫铝、纤维增强泡沫铝进行准静态和中应变率下(0.001～100s-1)的动态力学性能测试,分析了纤维长度、纤维含量对泡沫铝力学性能和吸能特性变...     

高应变率下阻尼铝合金的动态力学性能研究

针对航空用高阻尼铝合金在高应变率载荷下的服役特征,研究了两种高阻尼铝合金在高应变率下的动态力学性能.采用分离式霍布金森(Hopkinson)压杆对高阻尼铝合金进行了动态压缩实验,获得了应变率(140,275,500s-1)对材料应力-应变曲线的影响规律,并同普通铸造铝合金ZL101A的动态压缩力学性能进行比较分析.结果表明:高阻尼铝合金在高应变率下的力学性能明显优于普通铸造铝合金;第一种高性能阻尼铝合金的动态压缩力学性能优异.第二种高性能阻尼铝合金随着应变率的提高,材料的弹性模量和应力均有所下降,但是形变强化效果显著.     

An investigation on the dynamic response of polymeric,metallic, and biomaterial foams

Mechanical characterization of foams at varying strain rates is indispensable for the selection of foam as core material for the proficient sandwich structure design at dynamic loading application. Both servo-hydraulically controlled Material Testing System (MTS) and Instron machines are generally considered for quasi-static testing at strain rates on the order of 10⁻³ s⁻¹. Split Hopkinson pressure bar (SHPB) with steel bars is typically utilized for characterizing metallic foams at high strain rates, however modified SHPB with polycarbonate or soft martial bars are used for characterizing polymeric and biomaterial foams at high strain rates on the order of 10³ s⁻¹ for impedance match between the foam specimens and bars. This paper reviews the effect of strain rate of loading, density, environmental temperature, and microstructure on compressive strength and energy absorption capacity of various closed-cell polymeric, metallic, and biomaterial foams. Compressive strength and energy absorption capacity increase with the increase in both strain rate of loading and density of foams, but decrease with the increase in surrounding temperature. Foams of same density can have different strength and can absorb unequal amount of energy at the same strain rate of loading due to the variation of microstructure.     

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。     

Effect of hollow sphere size and size distribution on the quasi-static and high strain rate compressive properties of Al-A380–Al2O3 syntactic foams

Metal matrix syntactic foams are promising materials for energy absorption; however, few studies have examined the effects of hollow sphere dimensions and foam microstructure on the quasi-static and high strain rate properties of the resulting foam. Aluminum alloy A380 syntactic foams containing Al₂O₃ hollow spheres sorted by size and size range were synthesized by a sub-atmospheric pressure infiltration technique. The resulting samples were tested in compression at strain rates ranging from 10^?3 s^?1 using a conventional load frame to 1720 s^?1 using a Split Hopkinson Pressure-bar test apparatus. It is shown that the quasi-static compressive stress–strain curves exhibit distinct deformation events corresponding to initial failure of the foam at the critical resolved shear stress and subsequent failures and densification events until the foam is deformed to full density. The peak strength, plateau strength, and toughness of the foam increases with increasing hollow sphere wall thickness to diameter (t/D) ratio. Since t/D was found to increase with decreasing hollow sphere diameter, the foams produced with smaller spheres showed improved performance. The compressive properties did not show measurable strain rate dependence.     

Compressive properties of aluminum foam produced by powder-Carbamide spacer route

Effects of cell shape and size, and relative density of aluminum foam on its compressive behavior have been investigated. Aluminum foams were produced via aluminum powder-Carbamide spacer route. The results show that angular cells significantly reduce mechanical properties of the foam. They also indicate that compressive properties of the foams, including plateau stress (σ_pl), densification strain (ε_D), and energy absorption, increase by cell size and relative density of the foams. Experimental results were compared with theoretical predictions; they were fairly corresponded to theoretical conceptions; this arises from near-ideal architecture of the foams with almost spherical cells, in this study. Constant values of C, n and α in theoretical modulus and densification strain equations wear calculated as 1.22, 2.09 and 0.95, respectively. The values indicate compressive behavior approaches to ideal morphology foam via employing spherical space holder.