面板材料及芯层厚度对泡沫铝夹芯板弯曲性能的影响

采用静态三点弯曲加载方式对粘结法制备的泡沫铝夹芯板的力学性能进行研究,通过实验分析不同面板材料和芯层厚度对夹芯板弯曲性能、能量吸收以及失效模式的影响。结果表明:泡沫铝夹芯板的抗弯极限载荷值及吸能性能由面板材料和芯层厚度共同作用,随着芯层厚度的增加,极限载荷强度有所提高,铝面板泡沫铝夹芯板的极限载荷强度和能量吸收能力的增加远高于钢面板的夹芯板;失效模式主要有压入、芯层剪切和面板屈服。     

钢面板泡沫铝夹心板的三点弯曲行为

采用胶粘法制备大尺寸钢质泡沫铝夹心板,测试夹心板的三点弯曲强度,分析面板厚度、芯层厚度对夹心板弯曲性能的影响规律,研究弯曲载荷作用下的夹心板失效机理。结果表明：钢质泡沫铝夹心板可承受很高的弯曲载荷,夹心板抗弯强度随着芯层泡沫铝厚度的提高而提高。增加钢面板的厚度,夹心板抗弯强度整体呈增强趋势。当面板厚度为8 mm、芯层厚度为50 mm时,夹心板的极限抗弯强度可达66.06 kN。芯层泡沫铝内泡壁表面的大尺寸裂纹是夹心板在弯曲载荷作用下失效的主要原因;采用熔体发泡法制备的泡沫铝板材,因冷却强度过大而导致的附加应力使泡壁的强度下降,也是影响夹心板力学性能的主要因素。     

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 通过采用锌基合金,配合机械除膜方法制备了全焊结构通孔泡沫铝夹芯复合板。采用SEM/EDAX分析了焊接区和芯层/面板结合界面结构和化学成分分布,通过准静态三点弯曲试验测试不同芯层厚度的泡沫铝夹芯板的刚度,获得了载荷-位移曲线和失效形貌。研究表明：泡沫铝与面板的结合界面存在钎料过渡区,钎料合金元素呈连续梯度分布状态,三点弯曲过程可分为弹性,塑性和失稳3个阶段,弯曲过程平滑,随着芯层厚度减小,复合板的承载能力显著下降。在弯曲过程中芯层与面板之间未发生分离失效。     

泡沫铝层合圆管压缩和吸能性能的研究

以泡沫铝为夹芯,不锈钢圆管为面板制备层合圆管,研究了层合圆管在压缩条件下的变形行为和能量吸收性能.研究表明:层合圆管的压缩变形方式与空管相比发生了改变,由不对称变形模式变为轴对称变形模式,其所承受的载荷约为泡沫铝和不锈钢管所承受的载荷之和的1.5倍;层合圆管的载荷一位移曲线平台段锯齿形波动数与形成的曲屈圈数呈现对应关系,样品高度、直径、粘结方式对曲屈圈的形成数目有一定的影响;层合圆管的吸能能力远大于不锈钢圆管和泡沫铝吸收的能量之和,约为后者的1.5～2倍.     

泡沫铝层合圆管纵向和横向压缩力学性能研究

用碳化硅颗粒增强泡沫铝为夹芯,不锈钢圆管为面板制备层合圆管,研究了层合圆管在准静态压缩条件下的纵向和横向变形行为和能量吸收性能.研究表明,层合圆管的纵向压缩变形方式与空管相比发生了改变,由不对称变形模式变为轴对称变形模式;载荷-位移曲线平台段锯齿形波动与曲屈圈的形成呈现对应关系;层合圆管纵向和横向的吸能能力均远大于不锈钢圆管和泡沫铝吸收的能量之和,并且随着应变的增加,层合圆管的吸能能力增加更为快速;层合圆管在保持泡沫铝轻质的同时,在纵向和横向两个方向上均大幅度提高泡沫铝的吸能能力.     

硅橡胶填充泡沫铝层合管的压缩和吸能性能

采用挤压法在开孔泡沫铝中充填硅橡胶,以硅橡胶填充开孔泡沫铝为芯、铝管和钢管为面板制备层合管,研究了静态压缩条件下充填硅橡胶后泡沫铝及其层合金属管的变形行为和能量吸收性能。研究表明：在泡沫铝中充填硅橡胶后,泡沫铝的平台区比原来增高、增长,其吸能性能也得到提高;由于泡沫铝的充填,钢管的变形方式发生改变,由不对称屈曲转变为轴对称屈曲;充填硅橡胶的泡沫铝层合金属管具有比原来更高的屈曲褶皱载荷,且屈曲褶皱的产生滞后,其吸能性能也得到提高,硅橡胶充填对层合钢管的影响比对层合铝管的影响更明显。     

厚面板泡沫铝层合梁的弯曲模型与数值模拟研究

由于泡沫铝层合板具有轻质、高比刚度和减振吸能等优良的力学特性和物理特性,因此得到了广泛研究.但对表层厚度与夹芯厚度相近甚至超过夹芯厚度的厚面板层合结构的力学性能研究却很少.本文在层合梁弯曲理论的基础上,通过对层合梁微元的受力分析,建立了层合梁的力平衡方程和层板之间的变形协调方程,求出了厚面板层合梁的正应力和剪应力的表达式,并通过有限元分析结果进行了验证.结果表明,应力值的大小,还是应力的分布,解析法与有限元法的计算结果都十分接近.     

泡沫铝填充金属波纹夹芯梁弯曲破坏模式研究

为了提高金属波纹结构的承载效率,充分发挥泡沫铝在能量吸收方面的优势,本文设计了泡沫铝填充金属波纹三明治夹芯梁。针对波纹结构各向异性的特点,本文对其横向和纵向两个方向在三点弯曲载荷作用下的力学响应及破坏模式进行了试验研究。研究表明,泡沫铝的填充可以有效改变金属波纹夹芯梁的弯曲破坏模式,其弯曲刚度和峰值载荷均得到了大幅提升。和横向弯曲相比,金属波纹夹芯梁在纵向弯曲时具有更强的承载能力,且泡沫铝填充的增强效果更加显著。纵向弯曲时载荷在达到峰值后并不会突然下降而是呈现出很长的平台区,表现出更强的后屈曲承载能力。     

新型泡沫铝复合结构的三点弯曲性能（英文）

在泡沫铝三明治和纤维金属层板的基础上提出一种新型泡沫铝复合结构。这种复合结构是在金属面板和泡沫铝芯材之间添加一层玻璃纤维,采用胶粘技术按"金属面板-玻璃纤维-泡沫铝-玻璃纤维-金属面板"的顺序粘结起来。实验结果显示,新型复合结构相对于泡沫铝三明治的综合性能有所提高。得到了新型泡沫铝复合结构在弯曲强度最佳时的最优制备参数。应选择环氧树脂胶及低孔隙率的泡沫铝,铝板厚度至少为1.5 mm,玻璃纤维的种类对弯曲强度的影响很小。讨论了新型复合结构在两种粘结剂下的主要失效模式。     

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。     

金属泡沫夹芯梁的压入力学行为(英文)

研究集中载荷作用下金属泡沫夹芯梁的准静态压入力学行为。考虑到夹芯梁表板弯曲和拉伸的相互作用,提出了一个金属泡沫夹芯梁局部压入大挠度变形行为的新理论模型,并详细讨论芯材剪切对局部压入行为的影响。为了验证理论模型的有效性,对夹芯梁的局部压入行为进行有限元数值模拟,理论预测结果与有限元模拟结果吻合得很好。结果表明:当压入挠度超过夹芯梁表板厚度后,塑性膜力控制着夹芯梁的局部压入行为。     

Mechanical properties and energy absorption properties of aluminum foam-filled square tubes

Longitudinal and transverse mechanical properties and energy absorption properties of foam-filled square tubes under quasi-static loading conditions were studied. The foam-filled thin-walled square tube was fabricated with aluminum tube as its shell and closed-cell Al-Mg alloy foam as its core. The results indicated that the plateau region of the load-displacement curve exhibited a marked fluctuant serration which was clearly related to the formation of folds. The longitudinal deforming mode of foam-filled square tube was the same as that of the empty tube, but the fold number of foam-filled square tube was more than that of the empty tube. The longitudinal compression load and energy absorption value of foam-filled square tube were higher than the sum of that of aluminum foam (alone) and empty tube (alone) due to the interaction between tube and filler. In transverse direction, the compression load and energy absorption ability of foam-filled square tubes were significantly lower than those in longitudinal direction.     

泡沫铝三明治结构粉末冶金法制备工艺及泡孔结构优化

粉末冶金法可实现泡沫铝三明治结构面板/芯层的冶金结合,并在制备近终型泡沫铝异型件上优势突出。基于国内研究现状,本文完善了粉末冶金法制备工艺,并优化了泡孔结构。研究发现,芯层采用AlMg4Si8铝合金成分组成,钢质面板经边缘焊接密封处理后,当芯层粉末松装密度为1.12 g/cm_³时,在1500 kN轧制压力、0.06 m/s轧制速度及55％轧制压下率下,对灌满芯层粉末的包覆面板进行450 °C热轧,获得了面板/芯层冶金结合、致密度高的发泡前驱体。另外,当发泡剂TiH₂被低熔点Sn包覆预处理后,在发泡初期分解出的H₂被液态Sn包裹,避免了在固态基体空隙间的扩散,减少了裂纹的产生,发泡前驱体在720 °C发泡300 s后可获得泡孔结构相对均匀、72.7%孔隙率的泡沫铝三明治结构。     

膨胀珍珠岩-泡沫铝复合材料层合管的力学性能研究

采用渗流法制备膨胀珍珠岩一泡沫铝复合材料,以其为芯,钢管为面板制备层合管,研究了静态压缩条件下泡沫铝及其层合金属管的变形行为和能量吸收性能.研究表明:由于泡沫铝的填充,钢管的变形方式发生改变,由不对称屈曲转变为轴对称屈曲;层合管的平台区比原来增高、增长,压缩屈服强度由29.61MPa增高至51.62MPa,其吸能性能也...     

Fatigue studies of polyurethane sandwich structures

The fatigue characteristics of polyurethane foam-cored (PUF) composite sandwich structures were investigated using three-point bending tests carried out according to ASTM C 393. Three types of specimens (epoxy/glass-PUF-epoxy/glass, polyester/glass-PUF-polyester/glass, and epoxy/glass-PUF-polyester/glass) were considered for investigation. Experimental results indicate that degradation of stiffness occurs due to debonding and sliding between the skin and the foam during fatigue cycles. Epoxy/glass-PUF-epoxy/glass sandwich structures exhibit higher bending strength along with higher stiffness degradation than the other two types of sandwich panels, due to higher initial fatigue loading. The lowest fatigue properties have been obtained for the polyester/glass-PUF-polyester/glass sandwich panel specimens. Better performance of the epoxy/glass-PUF-epoxy/glass sandwich panels is most likely due to the superior properties of the outer thin skins. Most of the specimens fail within the foam region and not at the skin level. This situation is possibly due to debonding between the foam and the skin. The fatigue damage development in the foam and skin has been investigated using scanning electron microscopy.     

钎焊方法制备泡沫铝/铝夹芯板的组织及性能

采用Al-Si钎料真空钎焊的方法制备了泡沫铝/铝夹芯板,对夹芯板钎焊界面处微观组织进行了金相、SEM形貌、EDS能谱分析,并对夹芯板弯曲力学性能进行了研究,分析了钎焊工艺参数对泡沫铝/铝焊缝微观组织及力学性能的影响.结果表明,在605~625℃温度下保温20 min,夹芯板钎缝中心区微观组织主要由α（Al）固溶体、块状CaAl₂Si₂化合物、骨骼状CaAl₄组成;随着焊接温度的升高,钎料中合金元素向母材中扩散速度加快,块状CaAl₂Si₂分布更加均匀、分散,提高了焊缝中心区的韧性;当焊接温度为625℃时,泡沫铝/铝夹芯板抗弯强度达到最高的67.97 MPa.