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。     

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。     

孔径对球体开孔泡沫铝压缩及吸能性能的影响

目的 研究在准静态压缩过程中,不同孔径（泡沫铝内部胞孔的直径）对球体开孔泡沫铝压缩性能及吸能性能的影响。方法 针对3种不同孔径的泡沫铝试样进行准静态压缩实验。通过准静态压缩试验得出泡沫铝的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线计算得到吸能-应变曲线。结果 当泡沫铝孔径从5 mm增加到9 mm时,球形孔开孔泡沫铝的屈服强度增加了4.6862 MPa,最大吸能效率由24.45%提升到27.71%,力学性能和吸能性能均得到提升。结论 泡沫铝的压缩性能和吸能性能随着球体开孔泡沫铝孔径的增加而增强。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料力学及吸能性能分析

目的 研究泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料准静态压缩力学性能、吸能性能、吸能效率和理想吸能效率的影响。方法 将制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料试样在万能材料试验机上进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,由应力-应变曲线分析材料的吸能性能、吸能效率、理想吸能效率。结果 当泡沫铝孔径一定,泡沫铝相对密度由0.350提升至0.384时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了4.38 MPa,而最大吸能效率由0.29下降至0.27,准静态压缩性能有所提高。当泡沫铝相对密度一定,泡沫铝孔径由5 mm增加至9 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了6.16 MPa,而最大吸能效率由0.25升高到0.27,准静态压缩性能有所提高。结论 当进行准静态压缩时,泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的吸能性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的最大吸能效率随相对密度的增大而减小,随孔径的增大变化微小。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能分析

目的研究泡沫铝孔径(泡沫铝内部孢孔直径)对泡沫铝压缩性能的影响,并对泡沫铝、聚氨酯(PU)、泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能进行对比分析。分析泡沫铝孔隙率、聚氨酯含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能和吸能性能的影响规律。方法对试样进行准静态压缩试验。结果通过准静态压缩试验,分别得出了对应的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线推导出吸能-应变曲线。结论从试验所得的应力-应变曲线和吸能-应变曲线可知,泡沫铝压缩性能、吸能性能随着泡沫铝孔径的增加而变好,且在泡沫铝中加入聚氨酯形成泡沫铝-聚氨酯复合材料后,其压缩性能、吸能性能相对于单纯泡沫铝、聚氨酯有很大提升。当泡沫铝孔隙率一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着聚氨酯含量的增加而变好。当聚氨酯含量一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着泡沫铝孔隙率的减小而变好。     

中等应变率下泡沫铝的吸能特性

进行了不同密度、高度和压缩方向下泡沫铝的准静态压缩试验和中等应变率下(＜100 s-1)的冲击试验,研究了具有不同密度的闭孔泡沫铝在准静态压缩和冲击工况下的吸能特性.结果表明,泡沫铝是一种近似的各向同性结构,具有较高的单位质量吸能特性,是一种较好的吸能材料.在准静态和中等应变率冲击条件下,泡沫铝对应变率不敏感,其应力应变关系与应变率关系不大.不同的泡沫铝,其平台应力与密度之间的关系不同,在研究其性能时,必须测量应力-应变关系.泡沫铝的致密区对其吸能特性有很大的影响.     

闭孔泡沫铝缓冲性能及其变形失效机理研究

在闭孔泡沫铝的准静态压缩实验基础上,研究不同孔隙率下的力学性能和吸能性能,分析其压缩变形机理。结果表明,闭孔泡沫铝的压缩过程存在明显的3个阶段:线弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段。随着孔隙率的增大,闭孔泡沫铝的屈服强度、弹性模量和压实应力均减小。在压缩过程中,吸能效率和理想吸能效率均是先上升后下降。孔隙率对吸能效率影响较大,对最大理想吸能效率影响不大。将理想吸能效率曲线和吸能效率曲线结合可以选择合适的缓冲材料,发挥其最佳吸能特性。闭孔泡沫铝在准静态压缩条件下有良好的塑性变形能力,变形呈逐层破坏的特征。     

泡沫铝-聚氨酯静态压缩特性及吸能特性分析

目的研究球形孔开孔泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料力学性能的影响,以及对其吸能性能的影响。方法对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果通过准静态压缩实验,得出分别对应的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线推导出吸能-应变曲线。当泡沫铝孔径一定时,泡沫铝相对密度从35.0%提升到38.4%时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的屈服强度增加了6.5 MPa。当泡沫铝相对密度一定时,泡沫铝孔径从5.5 mm增大到9.5 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的屈服强度增加了3.38 MPa。结论泡沫铝的相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料的性能有很大的影响,泡沫铝的相对密度越大,复合材料的性能越好,泡沫铝孔径越大复合材料性能越好,且泡沫铝相对密度越大,复合材料吸能特性越好,泡沫铝孔径越大,复合材料吸能特性越好。     

泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的 研究在压缩过程中,泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响。方法 对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果 通过准静态压缩实验得出泡沫铝以及不同孔隙率的泡沫铝-聚氨酯复合材料的应力-应变曲线,分析可知泡沫铝孔隙率从94.6%降到93%,其吸能性能增加了71.9%。结论 在泡沫铝中加入聚氨酯形成的泡沫铝-聚氨酯复合材料相比于泡沫铝的吸能性能得到很大提高,且泡沫铝的孔隙率与泡沫铝-聚氨酯的吸能性能成负相关的关系。     

泡沫铝-聚氨酯的制备及其吸能特性分析

目的 制备泡沫铝-聚氨酯复合材料,并研究球形开孔泡沫铝的孔隙率、聚氨酯（PU）的含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能和吸能性能的影响。分析泡沫铝孔隙率、聚氨酯含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能效率和理想吸能效率的影响规律。方法 通过对复合材料试样进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,进一步推导出吸能-应变曲线、吸能效率-应力曲线和理想吸能效率-应力曲线。结果 当泡沫铝的孔隙率一定时,随着PU含量的上升,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能得到提升。当PU含量一定时,随着泡沫铝孔隙率的减小,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能会增加。结论 明确了吸能效率曲线和理想吸能效率曲线的应用范围,为缓冲材料的选择提供了依据。     

粉煤灰聚氨酯复合泡沫静动态力学特性实验研究

以大尺寸粉煤灰漂珠为主要组分,以硬质聚氨酯泡沫为黏结剂制备了一种具有多尺度胞孔形态的复合泡沫,对其准静态压缩和动态冲击下的力学性能和变形机制进行研究。结果表明:①该复合泡沫应力应变曲线具有典型的线弹性、塑性平台和致密化三个特征阶段且具有相对稳定的平台应力;在密度0.45~0.6 g/cm^3,复合泡沫平台应力(6.5~18 MPa)和到压实应变处吸收的能量(3.42~8.9 MJ/m 3)随密度增大而提高,且平台应力与相对密度之间满足幂函数关系;②采用铝蜂窝为增强相可使同密度下复合泡沫抗压强度和平台应力分别提升约20%~45%和10%~25%,准静态下复合泡沫主要发生剪切失效,增强泡沫的主要失效形式则转变为轴向压缩失效。③在0.001~1500 s^-1应变率范围内,复合泡沫抗压强度有明显的应变率效应但平台应力并未随应变率的增大而提高。增强复合泡沫的强度和平台应力均呈现出明显的应变率效应,采用铝蜂窝不仅能提高复合泡沫力学性能,还能够改善其力学行为,使材料具有更优异的动力学特性;研究为工业固废粉煤灰的综合利用提供新思路。     

ZK60稀土镁合金高温塑性变形行为研究

为了研究镁合金高温塑性变形行为,采用Gleeble-1500型热/力压缩模拟机对ZK60-RE稀土镁合金在423~673 K及0.002~0.1 s-1应变速率进行不同变形程度的高温压缩模拟试验,分析了实验合金在高温压缩变形时流变应力、应变速率以及变形温度之间的关系,推导并计算了不同应变速率和不同温度下的变形激活能,并观察了不同变形程度的显微组织.结果表明:试验合金在一定变形速度下,较低的温度压缩时以加工硬化为主,较高的温度下以动态再结晶为主.峰值应力随变形速度的降低和温度的升高而下降.合金的变形激活能在523~623 K内迅速上升.     

2519A铝合金热压缩流变行为和显微组织分析

在Gleeble-1500D热模拟仪上进行热压缩实验,研究温度从300℃～450℃、应变速率为0．001～10s^-1时2519A铝合金热压塑行为,并用金相显微镜分析在不同热压缩条件下的组织形貌特征。结果表明,流变应力开始随着应变的增大而增大,出现峰值之后慢慢减小并慢慢趋于平稳。应力峰值随温度的增加而减小,随应变增大而增大,其热变形行为可用包含Zener-Hollomon参数的双弦本构关系来描述,得到平均激活能Q=223．11706kj／mol。合金在0．001s^-1～1s^-1。应变速率条件下软化机制主要为动态回复,而当应变速率上升到10s^-1后,合金微观组织出现局部动态再结晶。     

微合金中碳钢的热压缩变形流变行为研究

为了对冷镦钢的生产过程进行数值模拟分析,优化其生产工艺,在MMT-200热模拟机上进行热压缩变形实验,研究了微合金中碳钢热变形流变应力行为,试验温度为800～950℃,应变速率为0.01～20 s-1.结果表明:真应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大,表现出正的应变速率敏感性;材料热变形过程中伴随着铁素体...     

高应变率条件下山西黑花岗岩的动态力学性能研究

采用分离式Hopkinson压杆试验技术,对山西黑花岗岩进行了一系列不同应变率(315.53s-1~1349.87s-1)的动态压缩试验。试验结果表明：山西黑花岗岩在高应变率条件下,动态抗压强度表现出突变特性：应变率从460.09s-1上升到860.20s-1的时候,山西黑花岗岩的动态抗压强度从272.33MPa提高到371.78MPa;在高应变率条件下,山西黑花岗岩材料的破碎机理为在初始冲击波作用区先产生体积破碎,而后在试样后半部分产生赫兹破碎;山西黑花岗岩在高应变率下的弹塑性变形能随应变率的增大而减小,高应变率条件下材料失效和裂纹扩展消耗更多能量,对应更加严重的材料破碎。     

中低应变率下砂岩动力特性试验研究

为研究岩石在中低速冲击下的动力特性,利用MTS和落锤冲击试验系统进行了红砂岩准静态和动态单轴压缩试验,获得了10-2-101.7 s-1应变率范围砂岩全应力-应变曲线。结果表明,中低应变率加载条件下,砂岩经历典型压密、弹性变形、非稳定裂纹发展至脆性破裂后阶段。随着加载应变率的提高,砂岩峰值应力及其对应应变、残余应变均逐步增加,破坏模式则由X状共轭剪切破坏转变为劈裂破坏;动态强度增长遵循热活化和宏观黏性机制联合作用规律;中低应变率下岩石的吸收总能量和弹性应变能随变形演化规律基本一致,且弹性应变能和较耗散应变能的应变率效应更为显著。     

新型超高强Al-Zn-Mg-Cu合金热压缩变形行为及微观组织特征

利用Gleeble-1500热模拟试验机对新型超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度370～460℃、应变速率0.001～10s^-1条件下的流变应力以及变形过程中的显微组织。结果表明:流变应力在变形初期随着应变的增加迅速增大,出现峰值应力后逐渐下降并达到稳态,流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而下降;流变应力可以采用双曲正弦形式的关系来描述,通过线性拟合计算出该材料的形变激活能等参数,获得流变应力的本构方程。随着变形温度升高和应变速率降低,原始晶粒变形程度显著增加,再结晶分数明显上升。     

典型浇注PBX炸药的准静态压缩力学行为

采用定应变压缩试验研究了准静态压缩条件下浇注PBX炸药(浇注型高聚物黏结炸药)的力学行为,测试了典型浇注炸药PBX-1在损伤前、后的性能,获得了炸药的真应力-应变曲线。试验结果表明,浇注PBX炸药在准静态压缩条件下的力学行为分为接触压缩、弹性变形、损伤破坏和应变软化4个阶段。在压缩应变不超过损伤应变时,PBX-1炸药主要以弹性变形为主,屈服强度和屈服应变没有发生明显改变;在压缩应变超过损伤应变后,炸药中黏结剂断裂,颗粒脱黏,发生塑性变形。压缩应变增加至8%后,PBX-1炸药密度降低,残余应变增大;PBX-1炸药的屈服强度为0.6 MPa,屈服应变为10.6%,损伤应变为8%,炸药的损伤应变可以作为强度校核的依据。     

面纸和芯纸相互作用的瓦楞纸板平台应力研究

目的 研究了不同厚度的瓦楞纸板受到纵向压缩时的变形模式,以及对应模式的平台应力理论模型和变化趋势.方法 对不同厚度的瓦楞纸板进行纵向准静态压缩,模拟实际运输中瓦楞纸板受到压缩时的变形情况,建立不同厚度的瓦楞纸板平台应力理论模型,根据试验数据对平台应力进行评估.结果 不同厚度的瓦楞纸板受到静态压缩时,产生了3种不同的变形,包括面纸和芯纸不分离,面纸和芯纸部分分离,面纸和芯纸完全分离.发现对于不同的变形,瓦楞纸板的平台应力变化较为明显,且随着瓦楞纸板厚度的增加,分离情况变多,平台应力的降低较为明显.结论 厚度增大会使瓦楞纸板产生变形使得平台应力下降,因此建立不同厚度的瓦楞纸板平台应力理论模型对瓦楞纸板的力学性能进行评估,这对瓦楞纸板缓冲材料尺寸选择,以及瓦楞纸箱的设计等有一定的指导意义.     

熔体发泡法泡沫铝的力学性能研究

对采用熔体发泡法制造的不同密度泡沫铝进行了准静态压缩试验、拉伸试验和弯曲试验。结果表明,泡沫铝的压缩特性曲线包括线弹性变形区、平台区和密实化区。试样的高宽比H/D明显影响压缩应力-应变曲线。当H/D较小时,平台应力曲线较平滑;当H/D较大时,平台应力曲线剧烈波动,呈显著的锯齿状。且在试样中间部位出现与加载轴线呈25°—45°的剪切带。拉伸和弯曲过程中,泡沫铝应力快速增加,当达到应力峰值即屈服点后急剧减小,在最终破断失效前,没有明显的屈服变形带。压缩坪应力Rpl、拉伸屈服应力RUTS和冷弯屈服应力Rf随密度的增加而增加。