基于真实结构的多孔铝缓冲吸能研究

基于真实结构的多孔铝材料，提出了随机胞孔投放算法与材料属性识别算法，并根据结构特点建立了具有随机胞孔大小、随机胞孔分布及随机壁厚的数值计算模型。利用现有实验数据对数值计算模型进行了准静态压缩及动态压缩验证，然后分析了冲击速度、胞孔随机分布、均匀壁厚和随机壁厚对闭孔多孔铝材料缓冲吸能的影响。结果表明，所建立三维细观模型在准静态及动态压缩下的结果与实验数据趋势一致，在准静态下空气对闭孔多孔铝的力学性能影响可忽略。闭孔多孔铝的缓冲吸能能力受冲击速度和壁厚的影响较明显，受胞孔随机分布的影响很小。     

闭孔泡沫材料3-D几何建模及力学性能分析

为建立闭孔泡沫金属材料泡孔及其孔壁结构形状数字化模型,提出在Voronoi多面体内填充空心椭球(Hollow Ellipsoid Filled in Voronoi Cell,HEFIVC),并以椭球半轴长度及其方位角为变量、胞体质量最小为目标建立优化模型,迭代模拟闭孔泡沫金属材料中气泡的长大过程,成功构建了不同孔隙率的泡沫铝几何模型。通过拟合确定了HEFIVC模型中最小孔壁厚度与孔隙率间的关系。将具有周期性边界的闭孔泡沫材料HEFIVC几何模型导入MSC.MARC有限元软件,模拟分析了低孔隙率泡沫铝的静态压缩力学性能,通过与泡沫铝压缩实验结果对比,验证了该模型的准确性。     

熔体发泡法制备闭孔泡沫铝的热学性能（英文）

闭孔泡沫铝因为导热系数低而在隔热、保温等方面具有传统绝热材料所不可比拟的优势。利用三维建模软件建立了球形泡孔的泡沫铝三维模型,推导了泡沫铝孔隙率、平均孔径和孔壁厚度之间的关系;通过C语言建立了具有不同孔结构和孔洞随机分布的不均匀泡沫铝模型,并用ANSYS软件考察分析了温度场的分布。结果表明:导热系数随着孔隙率的降低呈现增大趋势;孔隙率相同时,由于孔隙分布不一而导热系数不同,说明孔隙分布对泡沫铝导热性能存在影响;孔洞沿着垂直热流方向延伸或分布对热流的阻碍作用加大,甚至由于孔洞在垂直于热流方向的连通,出现"高热阻墙"而导致导热性能急剧下降,这说明仅仅依据孔隙率不能唯一确定泡沫铝的导热性能。     

开孔泡沫铝动态力学行为的有限元分析

通过建立部分开孔单胞模型,并运用ANSYS/LS-DYNA软件对开孔泡沫铝的动态力学行为进行有限元分析。结果表明:无论是中、低应变率还是高应变率,开孔泡沫铝的屈服强度和流动应力对应变率存在敏感性。开孔泡沫铝的应变率效应受孔隙率影响,随着孔隙率的增加,开孔泡沫铝的应变率效应明显降低。在动态载荷下,开孔泡沫铝呈现三种不同的变形模式。     

陶瓷颗粒与熔体合金增粘制备泡沫铝的研究

在熔体发泡法制备泡沫铝的过程中,研究了陶瓷颗粒与熔体合金元素共同增粘对泡沫铝孔结构、孔隙率和力学性能的影响。运用SEM、EDS等技术,对不同增粘制备的泡沫铝的胞壁微观组织进行检测。分析了新相对泡沫铝孔结构和孔隙率的影响。在相同加载速度下,对泡沫铝样品做了准静态压缩试验,分析了不同增粘泡沫铝的力学性能。结果表明:氧化钙与单质钙共同增粘可制备出气孔分布均匀、孔隙率较高的泡沫铝。泡沫铝胞壁中的金属间化合物在气孔合并、长大过程中,对气孔保持规则的泡孔结构、增加孔隙率具有重要作用。采用共同增粘制备的泡沫铝不仅具有单质钙增粘的高能量吸收性能,还具有氧化钙增粘的较高屈服强度。     

泡孔结构对开孔泡沫铝压缩力学性能的影响

采用渗流工艺制备出不同孔径的均匀孔结构和混合孔结构的开孔泡沫铝，研究了孔结构(孔径大小及其比例分布)对开孔泡沫铝压缩力学性能的影响。结果表明：对于均匀孔径的开孔泡沫铝而言，在相对密度不变的条件下，孔径大小对其压缩性能几乎没有影响；而当泡沫铝的孔结构是由不同尺寸的孔相混合时，则大孔与小孔的相对体积比对其力学性能，特别是弹性模量具有较大影响，大、小孔径按适当比例混合可使开孔泡沫铝相对密度降低而刚度显著升高。     

添加造孔剂法制备开孔泡沫铝及其性能研究

以球形尿素颗粒为造孔剂,采用传统的粉末冶金工艺制备开孔泡沫铝并研究了其性能.结果表明,添加造孔剂法制备的泡沫铝可以任意控制孔隙率及孔径的大小,且孔结构良好,保持了造孔剂的形状;高的烧结温度使泡沫铝的压缩强度提高,但过高的温度将导致孔壁熔化.本试验制成的泡沫铝其压缩曲线和泡沫金属典型压缩曲线相似,且抗压强度和经典理论计算结果一致.     

基于NaCl Beads制备的泡沫Al孔结构控制与表征

以淀粉、蒸馏水、NaCl粉末为原料,混合制成胶状盐团后70℃油浴加热,同时在机械搅拌切削的作用下得到球形度较高的NaCl小球,然后经高温烧结获得粒径分布主要在0.4-2.4mm,表面分布有少量微孔（孔径约10-20μm）且纯净度很高的NaCl小球。选用0.6-1.0mm的盐球作为造孔剂,利用Autotap震动将铝粉填入“盐床”缝隙,再经200MPa冷压成型后获得生坯,然后在蒸馏水中浸泡将盐球溶解去除,最后在460℃下烧结2h得到结构可控且工艺重现性很高的三维连通开孔性泡沫铝,其相对密度与孔隙率分别为0.217和78.3%。泡沫铝胞洞之间的连通窗口数量平均在4-6个,窗口尺寸约在120-200μm之间;压缩载荷-位移曲线表明泡沫铝在压缩变形过程中经历了弹性变形阶段-坪应力区-应力陡增阶段,表现出典型的泡沫金属压缩力学性能特点,其最大抗压强度与杨氏模量分别是2.42MPa和0.38GPa。     

合金化对泡沫铝压缩力学行为的影响

采用Si、Mg及Cu元素进行合金化处理，制备了几种不同力学性能的开孔泡沫铝，通过准静态压缩实验研究了合金化对泡沫铝压缩力学性能与吸能特征的影响。实验结果表明，Si、Mg及Cu元素合金化处理能显著改变泡沫铝的应力-应变行为与吸能特征，使泡沫铝的屈服强度提高，吸能性大幅度上升。     

泡沫铝氮气保护炉中钎焊界面结构及力学性能

对泡沫铝板采用铝基钎料炉中钎焊界面结构进行试验研究,采用SEM和显微镜观察分析钎缝组织,EDS分析界面元素分布,并用计算机层析扫描技术（X-CT）等对钎焊界面孔结构进行观察并重构了界面三维图像,在接触界面模型基础上分析钎焊接头力学性能和影响因素。结果表明,钎焊方法未改变钎缝孔结构;钎缝界面由端面胞壁棱接触相交点组成,未形成持续膜层;钎缝主要由边缘区aAl枝状晶组织和中心区的Al-Si共晶组织组成;钎焊接头强度与母材相当并随孔隙率增大而降低;胞棱数量越多钎着面积越大,接头强度接近母材强度,高孔隙率（〉88％）泡沫铝接触界面模型中的胞棱数量与实测值相吻合;     

球形孔泡沫铝合金压缩性能与理论模型

研究了孔隙率低于65％的球形孔泡沫铝合金的单轴压缩应力应变曲线、吸能能力和吸能效率,并与多面体形孔泡沫铝合金比较,表明球形孔使力学性能有较大提高。采用球形自洽模型研究了球形孔泡沫铝合金的屈服应力与孔隙率关系,与实验结果吻合良好,表明该模型可以有效地预测球形孔泡沫铝合金的屈服强度。     

二元孔结构对开孔泡沫铝力学性能的影响

采用有限元模拟了不同孔径比和体积比的二元孔径结构对开孔泡沫铝力学性能的影响,并取得了相应参数.用渗流法制备出相应孔参数的泡沫铝,并对其进行压缩试验加以验证.模拟和实验结果均表明,当泡沫铝的孔结构由大、小孔按一定的尺寸比和体积比组成时,泡沫铝的强度和刚度显著提高,孔径尺寸比和体积比分别为0.40～0.45和0.07～0.12是最优的.     

熔体注气法与熔体发泡法制备泡沫铝的压缩性能研究

比较研究了熔体注气法与熔体发泡方法制备的闭孔泡沫铝性能和组织结构。压缩试验表明,相同密度下,熔体发泡法制备的泡沫铝性能优于熔体注气法。相应的SEM观察表明,熔体注气法制备的泡沫铝泡孔表现为多面体形状,SiC颗粒密度高,泡孔壁薄、褶皱多。冶金组织复杂,氧化明显,表现出明显的脆性。熔体发泡法制备的泡沫铝孔洞形状为球形,孔壁较厚,泡壁相对平整、结构完整。因孔洞结构和组织结构差异导致2种方法制备的泡沫铝材料压缩性能差异明显。     

泡沫铝填充薄壁铝合金圆管轴向压缩性能的数值模拟

采用ABAQUS软件建立薄壁铝合金圆管及泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的有限元模型,对这2种结构的轴向压缩力学行为进行数值模拟,并且与相应的实验结果作对比。结果表明,数值模拟与实验结果基本吻合。依据薄壁铝合金圆管及泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的应力应变图,对2种结构的力学性能做对比,发现填充泡沫铝后,层合圆管承受压力的能力大大提高。     

基于Ansys Workbench的泡沫铝合金力学性能研究

以汽车用泡沫铝合金为研究对象,建立了泡沫铝合金力学性能分析模型。采用Ansys workbench软件static structure模块,利用有限元分析法对泡沫铝合金模型进行模拟分析,得出了泡沫铝合金模型总变形、等效应力以及等效弹性应变分布。结果表明,泡沫铝合金模型最大变形位于模型加压的表面,变形量为1.28×10-4mm,最大等效应力为6.73×105Pa,最小等效应力为5.54×103Pa,最大等效弹性应变为3.37×10-6。     

电动飞机蒙皮结构的冲击损伤试验与优化设计

飞机蒙皮结构常受到冰雹、维修碰撞等低能冲击,机身结构易出现损伤,引发飞机性能减退。为了提高蒙皮结构的抗冲击性能,结合Hashin失效准则建立了一种复合材料泡沫夹层结构低速冲击有限元等效模型,并利用超声C扫描对冲击后的复合材料泡沫夹层进行无损检测,试验结果表明,与无损检测结果相比较,模拟结果的误差低于10%,证明了该冲击等效模型的合理性。最后利用该有限元等效模型对某型电动飞机机身复合材料泡沫夹层蒙皮结构进行优化设计,以提高抗冲击能力、减小吸收的破坏能量、降低结构损伤程度为目标,在相同铺层数量下,得到了最优的复合材料泡沫夹层结构铺层设计方案。     

泡沫铝压缩性能模拟研究的现状与展望

力学性能研究是泡沫铝应用的基础,通过压缩性能模拟研究不仅可以预测多孔材料力学性能,还能扩展泡沫金属材料力学性能数据库。本文从微观结构力学模型和宏观数值仿真研究的角度对多孔泡沫铝力学性能研究予以综合概述。对微观模拟的各种细观结构模型进行分析和评价,认为各模型的优缺点共存,在实际操作中需综合考虑灵活运用;而宏观模拟需充分考虑其制备工艺和制造缺陷,建立一些带有微结构缺陷的模型代表真实泡沫铝来测试其压缩性能。无论是微观模型还是宏观模型都不能完全描述目前制备的开孔和闭孔泡沫铝材料,模拟结果与试验结果有些会出入很大,需累积大量数据以发现准确的规律。     

泡沫铝的低速冲击吸能性能

通过填加造孔剂法制备孔隙率不同的泡沫铝。采用落锤冲击实验研究了冲击能量、冲击速度对泡沫铝低速冲击性能的影响。分析了泡沫铝在冲击载荷作用下的失效行为。结果表明:随着冲击能量的增加,泡沫铝临界峰值载荷增大;在固定冲击能量下,泡沫铝的变形量随着冲击速度的增大而增加,但在冲击速度较高时泡沫铝吸能行为趋于不稳定;泡沫铝的孔隙率对其冲击吸能量的影响显著。随孔隙率的增大,泡沫铝的临界峰值载荷和平台区载荷逐步下降,但单位质量泡沫铝最终吸能量增大。应根据具体的使役条件选用合适孔隙率的泡沫铝。     

多层泡沫铝夹芯结构准静态力学性能和吸能特性研究

采用闭孔泡沫铝和铝合金板制备单层夹芯板和六种多层夹芯结构。通过分析胞孔变形模式和宏观变形模式,研究了夹层板和芯层数量对结构准静态压缩力学性能和吸能特性的影响机制。结果表明：夹层板通过调节芯层间应力状态使芯层逐层坍塌,减少了由倾斜变形带的形成和延伸所导致的多芯层同步变形、横向滑动以及两侧滑移,使结构具有更高的坍塌应力、平台应力、单位体积吸能量以及更小的致密应变；芯层数量的增加导致无夹层板结构中变形带的长度和数量增加,从而改变了其宏观变形模式,致使结构两侧滑移现象加剧,同时积累了有夹层板结构中多个芯层中的胞孔缺陷,因此影响了逐层稳定变形,导致致密应变增大,坍塌应力、平台应力和单位体积吸能量减小,致密应变处的吸能效率降低。与其他结构相比,三层泡沫铝夹层板具有最佳的抗压强度和吸能性能。     

石膏型渗流制备泡沫铝填充圆管压缩行为研究

采用石膏型渗流制备开孔泡沫铝并填充到薄壁圆管,制成泡沫铝夹心管。通过准静态压缩试验研究了泡沫铝夹心管的压缩行为。结果表明：采用石膏型渗流法制备的泡沫铝孔隙率在85%左右,其压缩变形阶段可分为弹性段、塑性平台段和致密化段;空心圆管的压缩行为与其本身的结构参数有关;泡沫铝夹心管的力学性能与吸能能力比空心圆管和泡沫铝有了一定的提高,且石膏型渗流法所制泡沫铝夹心管质量较轻。