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。     

工业闭孔泡沫铝压缩力学性能及变形机理

泡沫铝是一种新型的结构和功能材料,因特殊的能量吸收特性而在工程领域具有很好的应用前景。为了研究基体材料对泡沫铝力学性能和变形失效机理的影响,同时为工业泡沫铝材料提供更具参考价值的性能指标,对工业上最常见的两种不同基体(纯铝基体和7050铝合金基体)的泡沫铝材料进行了准静态压缩力学性能的试验,并对其变形机理进行了分析。试验结果表明,相同规格的7050基体泡沫铝的压缩力学性能高于纯铝基体泡沫铝,能量吸收能力也远大于纯铝基体泡沫铝。纯铝基体泡沫铝在压缩载荷下呈现逐层坍塌、连续性破坏的模式,试件在完全压实后呈碎渣;7050基体泡沫铝表现出逐层坍塌、间断式破坏的模式,试件在完全压实后呈完整的块状。7050基体泡沫铝的泡孔结构比纯铝基体泡沫铝均匀,力学性能更加稳定。     

泡沫铝/环氧树脂复合材料电磁屏蔽及力学性能实验

以环氧树脂填充泡沫铝.制备了具有一定结构性能及电磁屏蔽功能的结构和功能一体化复合材料试件,泡沫铝的孔径设计为1.0 mm和2.0 mm,厚度为5.0mm、10.0 mm和15.0 mm.通过法兰同轴测试法,分别测试了这6组试件的电磁屏蔽效能,研究发现:泡沫铝厚度一定,频率为10～300 MHz时,随着孔径的增大屏蔽效能增强;频率为300 MHz～1.5 GHz时,孔径对屏蔽效能的影响不明显.泡沫铝孔径一定,频率为10～300 MHz时,随着厚度的增大屏蔽效能增强;频率为300 MHz～1.5 GHz时,厚度对屏蔽效能影响不大.同时,通过拉伸和弯曲实验测试了复合材料中泡沫铝孔径不同的试件的强度和弹性模量等力学性能.结果表明,泡沫铝孔径小的复合材料的抗拉和抗弯性能比孔径大的更好.     

泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧泡沫复合材料压缩及弯曲力学性能

制备了泡沫铝、泡沫铝-环氧树脂及含有不同体积分数空心玻璃微珠(HGM)的三种泡沫铝-HGM/环氧泡沫互穿相复合材料(IPC).通过一系列准静态压缩实验,观察了其变形形貌,研究了其弹性模量、屈服极限、比强度及比刚度等力学性能与HGM体积分数的关系.通过三点弯曲实验,研究了IPC的弯曲极限载荷、弯曲弹性模量等性能,分析了其断口形貌与材料结构的关系.实验结果表明:四种IPC的力学性能均较纯泡沫铝有大幅度的提高,其中,泡沫铝-环氧树脂的压缩和弯曲力学性能最好.随着复合材料中HGM体积分数增加,IPC力学性能逐渐缓慢降低.     

泡沫铝-聚氨酯复合材料制备及力学性能分析

目的研究泡沫铝相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数(硬段在热塑性聚氨酯弹性体橡胶中所占的质量分数)对泡沫铝-聚氨酯复合材料力学性能的影响。方法自行制备泡沫铝-聚氨酯复合材料,对制备的泡沫铝-聚氨酯样品进行准静态压缩实验。结果通过准静态压缩实验,得出了不同泡沫铝的相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数分别对应的应力应变曲线。当聚氨酯硬段质量分数和聚氨酯含量一定时,泡沫铝相对密度从5.4%提升到6.1%,泡沫铝-聚氨酯屈服强度增加了12.8%,流变应力增加了29.8%。当聚氨酯硬段质量分数和泡沫铝相对密度一定时,聚氨酯含量从9.21 g提升到13.19g,泡沫铝-聚氨酯屈服强度增加了32.6%,流变应力增加了10.9%。当聚氨酯含量和泡沫铝相对密度一定时,聚氨酯硬段质量分数从15%提升到25%,泡沫铝-聚氨酯屈服强度增加了95%,流变应力增加了55.5%。结论不同的泡沫铝相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数与泡沫铝-聚氨酯复合材料的力学性能成正相关的关系,泡沫铝相对密度、聚氨酯含量、聚氨酯硬段质量分数与泡沫铝-聚氨酯复合材料的缓冲吸能特性成正相关的关系。     

泡沫铝力学性能与吸能特性研究进展

综述了泡沫铝的力学性能与吸能特性近些年来的研究成果。首先,对泡沫铝力学性能实验测量方法与技术进行了介绍,重点对泡沫铝动态压缩力学性能的实验测量技术进行了分析和总结。其次,对应变率、相对密度、孔径和胞孔结构等影响泡沫铝力学性能的相关研究成果进行了分析。最后,对泡沫铝吸能特性及其工程应用进行了分析和展望。     

泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧泡沫复合材料压缩及弯曲力学性能

制备了泡沫铝、泡沫铝-环氧树脂及含有不同体积分数空心玻璃微珠(HGM)的三种泡沫铝-HGM/环氧泡沫互穿相复合材料(IPC)。通过一系列准静态压缩实验, 观察了其变形形貌, 研究了其弹性模量、屈服极限、比强度及比刚度等力学性能与HGM体积分数的关系。通过三点弯曲实验, 研究了IPC的弯曲极限载荷、弯曲弹性模量等性能, 分析了其断口形貌与材料结构的关系。实验结果表明: 四种IPC的力学性能均较纯泡沫铝有大幅度的提高, 其中, 泡沫铝-环氧树脂的压缩和弯曲力学性能最好。随着复合材料中HGM体积分数增加, IPC力学性能逐渐缓慢降低。     

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。      

泡沫铝三明治板材的研究现状

闭孔泡沫铝是一种结构与功能一体化的多孔材料,具有轻质、高比强度和比刚度、能量吸收能力强等优点,但也存在着表层单层孔壁力学性能较差、表面粗糙度高以及耐腐蚀性差等不足.为了解决上述问题,研究人员设计并开发了泡沫铝三明治板材(AFS),其制备方法主要分为物理连接法和冶金连接法.传统物理连接法制备的AFS存在着界面结合强度低和耐候性较差等不足;粉末冶金和焊接法等冶金连接法所制备的板材实现了芯材与面板之间的冶金结合,极大地提升了板材的力学性能和服役寿命,但依然存在产品尺寸范围较小、工艺复杂、生产效率低、成本较高等不足.目前,针对AFS力学性能的研究主要集中在准静态和动态变形、失效模式、能量吸收能力等方面,研究表明其动静态力学性能主要受控于实体面板和泡沫铝芯层的性质、界面结合强度等.近年来有限元分析法逐渐得到了研究者们的青睐,但仍存在许多问题需要解决.本文结合国内外文献,概述了近年来AFS在制备技术、力学性能等方面的研究进展以及产业化应用前景,从实体面板与泡沫铝芯层的物理连接和冶金连接两个方面介绍了主要制备技术,讨论和总结了准静态和动态力学性能的主要影响因素与机理,分析了国内外应用现状并对应用前景进行了展望.     

泡沫铝冶金连接及其界面结构与力学性能研究

以Zn-10Al合金作为粘结合金,采用功率超声辅助的热浸镀法进行泡沫铝板的冶金连接,采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察接头组织及界面结构,采用X射线能谱仪(EDS)测定界面处元素分布,对样品进行拉伸实验和摆锤冲击实验,并与无功率超声辅助样品和胶接样品比较。功率超声辅助冶金接头密实连续,Zn、Al元素相互扩散,在界面处连续分布;无功率超声辅助接头中存在大量气孔等缺陷。功率超声辅助冶金接头的拉伸性能和冲击性能均优于无功率超声辅助接头和胶接接头。在功率超声辅助下进行连接时,其空化作用和声流能较彻底地破除泡沫铝基体表面的氧化膜,同时能够促进组织均匀化、去气除杂,有利于形成良好的冶金结合和致密的冶金接头。     

Viewing the Early Stage of Metal Foam Formation by Computed Tomography using Synchrotron Radiation

Foamed aluminium alloy containing 7 wt.‐% of Si is investigated by μm‐resolved X‐ray computed tomography (CT) using synchrotron radiation. The foam is fabricated employing a powder metallurgical route. The evolution of foam microstructure is characterized by studying a series of samples representing different stages of foam expansion obtained by interrupting the foaming process for each sample at different foaming times. The computer tomographic reconstruction provides a 3D image of the pore structure as well as the spatial distribution of blowing agent particles. A statistical evaluation allows to determine the size distribution of the blowing agent and of the pores at different foaming stages.     

正方形金属蜂窝材料共面力学性能的仿真分析

建立了正方形金属蜂窝铝芯13×8的蜂窝单元阵列有限元分析模型,研究了正方形金属蜂窝在共面压缩载荷作用下的变形形态,并分析了速度在3～250m/s时,正方形金属蜂窝铝芯的共面力学性能与其结构参数和速度之间的关系.当结构参数固定时,正方形金属蜂窝铝芯的峰应力与速度的平方成线性关系,而当速度固定时,峰应力与壁厚边长比成幂指数关系.     

热轧变形对5052铝合金组织与力学性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、能谱和X射线衍射分析和拉伸实验等试验分析方法,研究不同热轧变形量(54％、75％)对5052铝合金微观组织和力学性能的影响.结果显示,变形量可显著影响5052铝合金的热变形组织及其力学性能.随着轧制变形量的增加,晶粒被显著拉长,晶界处粗大第二相沿晶界被拉长,甚至被破碎.但是其第二相的组成并没有随着轧制变形量的增加而变化,铸态和轧制态的5052铝合金均由α-Al、Al82Fe18和Mg2Si三相组成.同时随着轧制变形量的增加,其综合力学性能提高,即沿轧制方向且轧制量为75％时的5052铝合金呈现出最优的综合力学性能.     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能分析

目的 研究7020铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的结构和机械性能。方法 采用搅拌摩擦焊对铝板进行对接焊试验,具体形式为单面焊双面成型。采用拉伸机和显微维氏硬度仪对试样进行力学性能测试;利用蔡司金相、光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究母材和焊接接头的微观组织。结果 在硬度上,母材>热影响区>焊核区,热影响区平均硬度约为94HV,母材平均硬度为99HV,焊核区平均硬度最低为78HV,焊核区出现“S”缺陷,在一定程度上弱化了焊核区性能;7020铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度为235 MPa,屈服强度为158 MPa,屈强比为0.67,伸长率为7%,焊接系数可以达到73.8%;母材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为278 MPa,屈强比为0.86,伸长率为25%;焊接接头中心显微组织主要由胞状树枝晶体组成,显微结晶依次呈现为平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶;铝合金母材和焊接接头的金属相组成均为α?Al+Mg2Si;焊接接头断口呈现比较明显的韧性断裂特征。结论 铝合金搅拌摩擦焊可以获得性能比较优良的焊接接头,为其他铝合金材料的FSW焊接提供技术参考。     

高温处理后闭孔泡沫铝压缩性能及变形机理

目的 探究温度和孔隙率对闭孔泡沫铝材料压缩力学性能和变形机理的影响。方法 将孔隙率为84.3%～87.3%的泡沫铝试件在温度25～700 ℃内进行加热处理,对处理后的试样开展准静态压缩实验。结果 在准静态压缩条件下,闭孔泡沫铝材料在不同温度加热处理后的压缩应力–应变曲线均经历了3个阶段:弹性阶段、塑性平台阶段和密实阶段。孔隙率从87.3%减小到84.3%时,其弹性模量增大了44.4 MPa,屈服强度增大了0.39 MPa,平台应力增大了0.94 MPa。孔隙率为84.3%的泡沫铝,在25 ℃时,其弹性模量为141.4 MPa、屈服强度为4.25 MPa、平台应力为4.75 MPa;当加热温度为500 ℃时,弹性模量减小到了128.0 MPa、屈服强度减小到了4.22 MPa、平台应力减小到了4.51 MPa。结论 泡沫铝的弹性模量、抗压屈服强度和平台应力均随孔隙率的增加而减小;加热温度低于500 ℃以下时,泡沫铝材料力学性能变化很小,但屈服强度和弹性模量均小幅度降低;在压缩载荷下,泡沫铝的变形破坏模式呈现出先从试件铝基体较薄弱部分产生孔壁塑性变形、孔洞坍塌,并逐渐出现断裂压缩带,直至泡沫铝孔洞完全坍塌密实。     

泡沫铝变形与吸能特性研究

目的研究密度、孔洞分布以及加载应变率对泡沫铝材料变形行为和吸能特性的影响。方法对3种不同密度范围的泡沫铝材料进行不同应变率下的压缩实验研究。结果实验结果显示,在10 mm/min加载速率下,密度范围为0.27~0.33 g/cm3和0.47~0.53 g/cm3的泡沫铝材料平均屈服应力分别为1.3和7.2MPa,平均应变能密度分别为0.8和3.8 MJ/m3。此外,密度为0.453 g/m3但孔洞分布不均匀的泡沫铝应变能密度为3.26 MJ/m3,密度为0.449 g/m3但孔洞分布均匀的泡沫铝应变能密度为3.84 MJ/m3。结论随着密度的增加,泡沫材料的屈服应力以及对应于不同应变时的应力均增加,而孔洞分布均匀的泡沫材料的能量吸收能力明显优于孔洞分布不均匀的泡沫材料,此外,加载速度对泡沫材料的应力应变行为有一定的影响,但对其能量吸收能力并无影响。     

环氧树脂复合材料的制备及力学性能

通过配方设计,以硅烷偶联剂改性的空心玻璃微珠(HGB)为填料,端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)为增稠剂和增韧剂,环氧树脂(EP)为基体,经变温分段固化技术制备环氧树脂/端羧基丁腈橡胶/空心玻璃微珠(EP/CTBN/HGB)三元泡沫复合材料并研究其力学和流变性能。结果表明,CTBN使得复合材料由脆性断裂变为韧性断裂;CTBN劣化了复合材料模量而HGB弥补了复合材料模量;当CTBN、HGB含量分别为12%(质量分数)和30%(体积分数)时,三元复合材料的冲击、弯曲、拉伸强度及弯曲模量均优于纯EP。另外,纯环氧树脂和EP/CTBN共混物的黏度呈现出牛顿流体的流变行为,而三元共混物的黏度表现出明显的剪切变稀现象。