泡沫金属在单、双向载荷作用下的拉伸破坏行为初探

采用低载拉伸试验机对多孔体的单、双向拉伸进行了系列实验，通过分析该材料的单向拉伸破坏机制，发现开孔泡沫金属材料的宏观断裂特点既不同于最大拉应力准则的横向断裂，也不同于最大剪应力准则的塑性流动破坏，而是表现为介于它们之间的一种复杂断裂形式；拉伸断裂过程中多孔体的延伸率主要由三维网络中的金属丝体发生的塑性偏转所造成。通过其双向承载时断裂形态的观测分析，发现泡沫体十字型样品在双向等速拉伸载荷作用下的应力场分布与双向异速拉伸载荷作用下的类似，且其应力场的最大应力线为靠近样品中央载荷区边缘的四次对称曲边四边形。     

泡沫金属在单双向拉压载荷作用下的表征分析

探讨泡沫金属的单向压缩以及双向拉压行为,并研究了该材料单双向拉伸性能,进一步分析该材料在承受各种单双向拉压载荷时的不同响应方式.结果表明:在泡沫金属材料受到不同的单双向拉压载荷作用而产生破坏时,其承受的各向名义应力大小与多孔体的孔率都可表达为一个统一的数理关系;对于一个确定的多孔体材料,其单双向压缩负载能力要分别大于其单双向拉伸负载能力.     

泡沫金属双向等速拉伸载荷强度与孔率的近似关系

以各向同性的三维网状高孔率泡沫金属为对象，提出双向等速拉伸过程中载荷强度与其孔率的数学关系。结果表明，以泡沫镍为例的有关实验数据，能较好地用该数学关系式来描述。     

泡沫金属在双向承载条件下的力学性能

根据各向同性三维网状泡沫金属的简化结构模型,建立该类材料的双向拉伸力学分析模型.利用该力学模型推出泡沫金属在双向拉伸破坏时两向名义应力与孔率3者的数学关系式,并在此基础上进一步得出该类材料在承受双向载荷时的安全判据.当双向承受的名义应力相等时,还可得到泡沫金属在双向等荷承载条件下的载荷强度与孔率的数学关系.这些关系式通过泡沫镍为例的有关实验数据证明是相当实用的.而由本理论体系可得出对多孔体双向承载条件的安全性判断,这似乎是Gibson和Ashby的有关模型理论所未触及或难以做到的.     

泡沫金属双向等应力拉伸的不同理论应用

在已有的泡沫金属双向名义载荷强度与孔隙率关系的基础上，分析了该材料的双向等应力拉伸加载情形，探讨了泡沫金属在该情形下发生破坏的力学行为。研究结果显示，以“八面体模型”推导出来的有关力学关系，较好地表征了该材料在双向等载条件下的行为特点。     

孔隙率对Ti-Al金属间化合物多孔材料拉伸性能的影响

采用元素混合粉偏扩散-反应合成-粉末烧结方法制备了Ti-Al金属间化合物多孔材料,对其进行了拉伸试验研究,分析其拉伸变形特征,揭示出孔隙率对拉伸性能的影响规律以及拉伸断裂微观机理。结果表明:Ti-Al多孔材料的拉伸应力-应变曲线大致可分为弹性、屈服、强化和破坏4个阶段,无颈缩现象;力学性能指标(如弹性模量、屈服极限和强度极限等)均随孔隙率的增大而减小,延伸率远低于5%,呈现出明显的室温脆性;断口特征宏观上表现为脆性断裂,微观上同时存在穿晶断裂与沿晶断裂,其断裂机理与Ti-Al金属间化合物致密体的显微组织密切相关。     

泡沫金属力学性能研究的分析概述

泡沫金属有体积密度小、比表面积大等优点,还有一定的强度、延展性和可加工性,故可用作轻质结构和功能一体化材料。此外,泡沫金属作为结构材料通常要与致密壳层组成夹芯结构（三明治结构）来使用。此类材料及其夹芯结构在实际应用中经常会遇到拉压、弯曲、剪切和扭转等作用,所以其断裂破坏强度等力学性能问题的研究是一项富有现实意义的工作。本文概述了泡沫金属及其夹芯结构的力学性能研究状况,分析了研究工作中存在的一些不足,提出了一些可能的研究发展趋势。这些也许可以为材料和结构的优化设计提供一定的参考。     

泡沫材料在多向拉伸载荷作用下的力学模型

以各向同性的三维网状高孔率泡沫金属为研究对象,根据其简化结构模型,推导得出该类材料在多向拉伸破坏时3个名义主应力与孔率四者之间的数理关系。通过推演得出的有关关系式,还可进一步得出泡沫金属在多向受力状态下使用时的强度设计判据。     

泡沫金属双向承载的力学模型

根据开孔泡沫金属材料的结构特点提出其抽象化的新型简化结构模型,即“八面体模型”,在此基础上建立起该类材料在双向拉伸条件下的力学分析模型。从该分析模型出发,推导得出了该类材料在双向拉伸破坏时两向名义应力与孔率三者的数学关系式。结果表明:该关系式还可进一步描述成“偏应力”、“平均应力”和孔率三者之间的关系。本理论模型与Gibson和Ashby的有关理论体系的不同之处是,前者可直接运用“梁理论”进行方便的分析和推演,而后者则不能。验证实验结果显示,本理论模型的数学关系与实际数据吻合良好。     

泡沫材料在剪切载荷作用下的力学关系推演和分析

泡沫金属是一种兼具功能和结构双重属性的优秀工程材料,在作为工程构件时就可能遇到剪切载荷的作用。探讨泡沫材料在剪切载荷作用下其构件内部的力学行为,采用隔离分析的简单方式,通过数理推演得出此种承载状态下的力学关系表征。结果显示,泡沫金属材料受到剪切载荷作用而产生破坏时,其构件内部的最大名义切应力大小可用多孔体的孔率以及泡沫金属材料本身固有的特性参量来描述。通过这种数理关系,直接便捷得到该材料在此时的强度判据。     

承受扭矩和剪切时开口多孔金属的孔棱失效

以高孔率的三维网状多孔金属(即开口多孔金属)为研究对象,建立其简化结构失效模型。分析多孔构件在扭转和剪切载荷形式作用下由于孔棱发生拉断、剪切和屈曲而引起的失效模式,系统地研究上述两种承载条件下这类多孔体构件受到载荷作用而导致孔棱失效时名义载荷与孔率的数理关系。在此基础上,进一步研究此类材料在不同载荷作用下发生各种孔棱失效模式的载荷条件。结果表明,这些失效模式与多孔金属的材质指标、孔率及承受的载荷大小等因素均有关系,这种关系也可以进行相应的具体数理表征。     

齿形对超声波焊接泡沫镍薄板与实体铝薄板的影响

采用超声波点焊工艺成功焊接了电池电极及催化剂载体所使用的泡沫镍薄板与纯铝实体薄板，在与泡沫镍接触的砧座处采用了粗细两种齿形设计，对比了不同齿形引起的不同塑性形变程度对焊接性能的影响. 分析了齿形及工艺参数对拉伸性能及断口形貌的影响. 结果表明，细齿形砧座30 J试样拉伸性能最优，拉伸载荷与断裂能分别达到泡沫镍母材的58.0%与69.1%. 测试了两种齿形砧座焊接的接头在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线，对比了其耐腐蚀性能. 能谱分析结果表明，跨过界面扩散的元素含量极少，焊接界面没有明显金属间化合物层产生，焊接过程属于固态过程.     

泡沫镍的制备工艺条件和比表面积

本文以有机泡沫电沉积法为基础,探讨了几种具体工艺条件与所得泡沫镍产品比表面积的关系.结果发现,电镀后直接在850～980℃的氨分解气氛中烧结40 min所得产品,与电镀后先在600℃的空气中烧结4 min再进行还原烧结所得产品,具有相同的表面形态和比表面积.