高线性超弹性多孔NiTi合金的压缩力学行为

采用造孔技术结合粉末冶金烧结工艺制备多孔NiTi合金,并利用精密万能力学性能试验机对孔隙率为22.4%～60.6%的多孔NiTi合金样品进行循环压缩实验,以表征其压缩力学性能及超弹性.结果表明:所制备的合金经若干个应力-应变循环"训练"后其输入、输出能量可达平衡,应变水平高达4%,线性超弹性可靠,弹性模量稳定;循环加载条件下,残余应变量随孔隙率的增加而增大,但随循环数的增加而减小;残余变形与其影响因素之间可用双曲线函数关系描述.     

金属多孔材料压缩行为的评述

主要对金属多孔材料的压缩性能进行分析,并着重介绍了最近几年该领域国内外的最新研究进展。讨论压缩性能对金属多孔材料性质的影响,强调金属多孔材料压缩过程中的能量吸收性质,最后给出了金属多孔材料压缩性能中存在的不足。     

TPU蜂窝结构压缩及吸能特性研究

为了解TPU蜂窝结构的力学特性,采用增材制造技术制备了不同胞元参数的蜂窝结构,进行了压缩试验,并在此基础上建立了TPU蜂窝结构有限元仿真模型,开展了动态仿真模拟研究。结果表明,TPU蜂窝结构在面外压缩过程中经历线弹性、平台区和密实化3个阶段,压缩速度越大,平台区越短。而其在面内压缩下,无明显的线弹性阶段,压缩速度对其变形模式的影响也较小。无论是面内压缩还是面外压缩,壁厚边长比对TPU蜂窝结构的平均平台应力和比吸能的影响远大于胞元扩展角对其的影响。在压缩进入密实化阶段前,蜂窝结构比吸能随压缩速度的增大而增大。面内压缩时,蜂窝结构比内能基本不受加载速率的影响,比吸能的增大由比动能的增量贡献。面外压缩时,蜂窝结构受惯性效应影响明显,压缩过程中出现局部密实化,蜂窝结构的比动能和比内能都显著增大。     

热处理对多孔铝合金压缩吸能性能的影响

采用渗流铸造工艺 ,制备了Al Si系多孔铝合金 ,讨论了其压缩变形特征及能量吸收性能 ,分别对ZL10 1、ZL111两种多孔铝合金进行T6热处理 ,研究了热处理对这两种多孔铝合金压缩吸能性能的影响。研究结果表明 ,热处理能够提高多孔铝合金的能量吸收能力 ,对屈服强度及能量吸收效率也有显著的影响 ,为提高多孔铝合金的压缩性能 ,应尽可能施行热处理     

准静态压缩AlSi10Mg铝合金柱胞单元的变形特性

通过TYEH-2000型微机控制恒加载压力试验机进行了AlSi10Mg铝合金的准静态压缩实验,对不同曲率半径、可压缩高度和壁厚的铝制柱胞单元在准静态压缩条件下的变形规律和变形能进行了对比。将ABAQUS仿真软件的计算结果与实验结果进行了对比,发现两者具有较好的一致性。研究表明,当曲率半径由15 mm增加到25 mm时,柱胞单元首次崩碎的峰值应力降低了约54.4%,崩碎时的应变增大了约57.1%,变形能增加了约13.1%。当壁厚从1.2 mm增加至1.7 mm时,柱胞单元首次崩碎的名义应变变化不大,但其名义峰值应力增加了约18.4%;变形能增加了约23.4%。当可压缩高度由5 mm增加至10 mm时,其名义峰值应力增加了约19.4%,完全压缩时的变形能增加了约138.5%。随着曲率半径和壁厚的增加,柱胞单元的比吸能降低,但可压缩高度增加时比吸能提高。     

多孔铝合金的压缩应力-应变特征及能量吸收性能

研究了多孔ZL101铝合金(AlSi7Mg0.45)的压缩应力应变曲线与孔结构的关系. 随孔径的减小, 它的弹性模量从270MPa增加到550MPa; 屈服强度(σc)从3MPa增加到20MPa; 随孔隙率的减小, 屈服强度增加. 多孔铝合金具有高的比强度, 其σ2/3c/ρ(梁)及σ1/2c/ρ(板)分别为2.5～7.0和1.6～4.1, 与钢和Al合金相当, 而密度只有Al合金的40%, 可用作轻质结构材料; 它的吸能能力(C)可达到3～7MJ/m3, 又可用作吸能缓冲材料使用.     

多孔CoCrNi中熵合金的制备和吸能特性分析

本文采用粉末烧结-溶解法成功制备了孔隙率为63%~78%,孔径1.3~2.2mm的多孔CoCrNi中熵合金,借助SEM和XRD对试样的孔形貌和物相组成进行分析,并对试样进行轴向准静态压缩实验研究。结果表明：多孔CoCrNi中熵合金的弹性模量和屈服平台应力均随孔隙率、孔径的增大而减小;相对孔隙率而言,孔径对力学性能的影响程度较低;不同孔隙率的多孔CoCrNi中熵合金其致密应变下单位体积的能量吸收值为34.8~14.3MJ/m₃^,约为泡沫铝的3.8倍,且5种孔隙率的理想吸能效率(I)都接近0.8,说明该多孔CoCrNi中熵合金有潜力成为一种理想的吸能材料。     

钪锆元素增强泡沫铝合金的压缩和吸能性能

采用熔体发泡法制备孔隙率为71.5%~72.5%、孔结构均匀的泡沫Al-0.2Sc-0.17Zr合金。研究孔结构、胞壁显微组织以及等时时效对其压缩和能量吸收性能的影响。结果表明:泡沫铝合金的孔径约为1 mm,且多呈球形;初生Al3(Zr,Sc,Ti)相具有层状结构,并能有效细化铸态晶粒(尺寸约为50μm);在200~600℃等时时效过程中,泡沫试样的压缩性能随温度升高呈现先升高后下降的趋势,325和425℃分别表现出由Sc和Zr大量析出引起的两个明显的强度峰;时效至425℃时试样的能量吸收能力最强,且峰值时效附近的试样能量吸收效率均得到提高,高效阶段更持久;TEM实验结果表明,时效至425℃的泡沫铝试样胞壁中弥散分布着大量细小、共格的二次Al3(Sc,Zr,Ti)相,其粒径为2.1~4.1 nm,这些相能钉扎晶界,阻碍位错运动,因而能显著提高泡沫铝合金的压缩和吸能性能。     

渗流法制备漂珠-泡沫铝复合材料的准静态压缩和吸能特性研究

以AlSil2和漂珠(平均粒径分别为200μm和400μm)为原料,采用渗流法制备出漂珠-泡沫铝复合材料,研究了该材料的压缩性能,发现其压缩曲线和传统泡沫铝相似,并以此为基础计算了材料的吸能能力和吸能率,结果表明该材料的屈服强度为26.53～69.02MPa,最大吸收能量为18.28～24.25MJ/m3最大吸能率在69.9%～87.1%;含小粒径漂珠样品的综合压缩力学性能明显优于舍大粒径漂珠样品.     

不同温度下超细晶铜的准静态压缩力学行为

利用电子万能实验机对超细晶铜(UFG-Cu)进行温度范围为77～573 K的准静态压缩实验(应变率为1×10-3s-1),研究温度对材料流动应力和应变硬化行为的影响.结果表明:与退火粗晶铜相比,超细晶铜在压缩过程中的流动应力显著增大,但是由于材料的位错密度已经饱和,其应变硬化能力却几乎丧失,应变硬化率对应变和温度的依赖...     

圆管准静态翻转的三维模型分析

金属圆管的自由翻转可用于设计能量吸收结构.目前的二维理论分析模型与实验数据和有限元计算的结果相比还有较大差距.针对受轴向压缩载荷产生翻转变形的圆管,在假设体积不变的前提下,利用Mises屈服准则建立了一个三维分析模型.圆管在翻转过程中的厚度变化采用两段假设.对照有限元计算的结果发现,三维分析模型对翻转半径的预测改进较小...     

开孔泡沫铝材料静态压缩力学性能与吸能特性

实验研究了开孔泡沫铝材料静动态压缩过程的力学性能和吸能特性.得到了材料在静态压缩下(1.0×10-3s-1)的微观变形特点.用单位体积的吸能W来表征材料的吸能特性,分析了在静态条件下孔径和材料叠加对泡沫铝材料的应力-应变关系和单位体积吸能的影响规律.     

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。     

SLM NiTi记忆合金BCC点阵结构的吸能特性研究

通过选区激光熔化（SLM）技术制备了不同体积分数的NiTi记忆合金BCC点阵结构（基于CAD及基于三周期极小曲面TPMS）,分析了失效前的压缩响应,研究了体积分数、单元构型和微观组织对能量吸收的影响。结果表明：NiTi BCC点阵（体积分数5 %~25 %）在压缩至损伤前具有优秀的比能量吸收（0.45~1.89 J/g）,卸载后加热可恢复至92 %以上;体积分数及单元构型对NiTi BCC点阵的压缩响应有重要影响;体积分数小于15 %时,CAD样品具有更长可压缩应变,比能量吸收更好;体积分数大于15 %时,TPMS样品具有更高压缩应力,比能量吸收更好;SLM过程中的阶梯效应导致了点阵支杆的下表面与内部具有不同的材料组织,下表面处熔池条纹更深更宽且晶粒更加粗大;材料异质性导致了相对较差的机械性能,不利于能量吸收;由于受载下应力集中位置及异质比例的不同,该材料异质性对低体积分数的TPMS样品的不利影响更大。     

深拉成形和3D打印对柱胞轴向压缩吸能性能的影响

设计了一种薄壁半椭球壳体柱胞单元,采用深拉成形工艺和3D打印技术分别制备了柱胞单元,对比分析了两种加工工艺下柱胞单元轴向压缩吸能性能的差异,基于胞体吸能机理,研究了预应变对柱胞吸能的影响。研究表明:轴向压缩前期,3D打印柱胞与深拉成形柱胞屈服规律相似,但3D打印柱胞压缩荷载要略低于深拉成形柱胞;随着压缩距离增大,3D打印柱胞峰值压缩荷载明显低于深拉成形柱胞,但两种加工工艺制备柱胞的最终变形模式相似。深拉成形工艺加工制备的柱胞虽然精度不如3D打印技术,但是其基体材料存在较大的预应变,增大了材料屈服应力,压缩深拉成形柱胞需要更多的荷载,并能够吸收更多的能量。与3D打印相比,深拉成形柱胞吸能性能更优越。     

评测车用钢动态变形吸能特性的试验方法

文章研究了一种基于摆锤式仪器化冲击试验机所开发的,针对汽车用钢板实施中等应变速率冲击拉伸加载的试验方法,并以此获得了DC04、DC56、H220、TRIP700和DP780的动态响应特性与加载应力-应变关系。研究表明,以铁素体软钢为典型的速率敏感材料,随着其应变速率的提高,材料强度增加,而塑性受到抑制。TRIP钢的性能与加载速率无明显相关特性,其力学性能在静态与动态条件下相对稳定。DP780钢的强度与塑性在动态加载条件下得到同步提升。此外,通过将冲击拉伸破断能转化为应力与应变的积分,试验获得的E10%与Euniform及Et能量指标,可定量分析汽车用钢碰撞时变形与吸能的相关特性,成为评价车用钢减重与安全的纽带。试验表明,随着材料强度级别的提升,其动态吸能特性得以成比例升高。同时,由E10%与Euniform指标构成的能量安全裕度,揭示出TRIP钢具有最为优异的动态变形吸能潜质。     

泡沫铝填充双层金属点阵结构增强效应及吸能特性

通过激光焊接获得3种不同几何构型的双层金属点阵结构,再将闭孔泡沫铝切割后填充到其孔隙当中获得一种新型泡沫铝填充双层金属点阵结构。采用实验和有限元模拟的方法研究其准静态面外压缩载荷作用下的承载能力、吸能特性及机理、变形破坏模式等。结果表明,泡沫铝的填充能够有效改变空心点阵结构的后屈曲行为,提高点阵芯体单元的屈曲稳定性,具有明显的耦合增强效应,表现在承载及能量吸收效率的大幅提升,可达到对应空心结构的10倍以上。     

胞状AlCu5Mn合金泡沫的压缩性能和能量吸收特性

用熔体发泡法制备孔隙率为51.5%～90.5%、孔结构均匀的胞状铝合金(AlCu5Mn),研究其孔结构、压缩性能、能量吸收能力、能量吸收效率和吸能性能.结果表明:胞状铝合金孔结构由高孔隙率(88.8%)时的大孔径、多边形孔向低孔隙率(62.5%)时的小孔径、球形孔孔结构过渡,其压缩应力(σ)-应变(ε)曲线具有线性变形阶段、屈服平台阶段和致密化阶段三个部分,由线性变形阶段进入屈服平台阶段所对应的ε_s值介于2%～9%之间;屈服强度σ_s~*随着孔隙率的增大而下降,在孔隙率相同的条件下,胞状铝合金的力学性能优于胞状铝和多孔铝合金,其比刚度高于钢;当应变为定值时,胞状铝合金单位体积和单位质量的压缩吸能能力(C和C_m)都随着孔隙率的升高而降低,但是孔隙率在73.5%～82.1%范围内时,其C_m与ε的关系几乎不随孔隙率的改变而改变;对于孔隙率为51.5%～90.5%的胞状铝合金,它们的吸能效率的峰值都大于80%.胞状铝合金的C-σ和C_m-σ关系可以表征其吸能性能,从而可以根据实际工况选择作为减振吸能材料的胞状铝合金的最佳孔结构.     

轻质5052铝合金薄壁焊接吸能管件轴向压缩大变形力学行为

针对汽车用铝合金结构件的安全设计要求,对不同长度的5052H34铝合金焊接单帽结构进行静态轴向压缩试验和有限元模拟。结果表明,构件的长度对其所能承受的最大载荷影响较小,而焊缝的局部性能对结构的平均载荷影响较大;对构件进行有限元模拟发现,其轴向压缩变形模式及叠缩周期与试验结果基本吻合,但构件的载荷和能量吸收与试验结果相差较大。单帽结构在压缩变形过程中,焊缝发生横向折断和纵向撕裂。其中,纵向撕裂导致结构的承载能力迅速下降,是影响结构整体承载能力的关键因素。     

放电等离子烧结制备医用多孔锌镁合金的孔隙特征和力学行为

采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂 (NaCl) 体积分数固定前提下当Mg含量从5 wt.%增加至15 wt.%,由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3 %提升至54.3 %,表面开孔直径从289 μm增加到384 μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料;三种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。