泡沫铝及泡沫铝夹心板的制备方法

泡沫铝因其低密度、高比刚度、缓冲抗震等优良特性,越来越受到人们关注,逐渐将在汽车、航空等领域得到运用.本文介绍了泡沫铝及泡沫铝夹心板的几种主要制备工艺,并对其优缺点进行了阐述性分析.     

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.     

泡沫铝层合梁的弯曲性能

以泡沫铝为夹芯,长条薄铝板为面板制备泡沫铝层合梁,对泡沫铝层合梁的三点弯曲变形进行了研究。结果表明:泡沫铝层合梁的三点弯曲变形过程与泡沫铝的相似,层合梁的载荷曲线远远高于泡沫铝和面板的载荷曲线之和,显示出良好的层合效果;泡沫铝层合梁和泡沫铝承受载荷能力随着孔隙率的增大而逐渐减小;且同一孔隙率下泡沫铝层合梁的极限载荷点出现得比泡沫铝极限载荷点迟,极限载荷值约为后者的4～5倍;较厚面板和良好的孔结构可以提高泡沫铝层合梁载荷曲线,载荷分别增加70%和80%左右。泡沫铝层合梁在保持泡沫铝轻质同时,大大提高了其载荷极限,在工程应用中有着良好的应用前景。     

轧制复合法制备泡沫铝夹心板发泡预制坯

通过轧制复合过程,获得了具有高致密度芯层特征的发泡预制坯,研究了轧制压下率对粉末致密度及均匀性的影响,分析了粉末层的变形特征.结果表明,轧制过程可以使芯层粉末获得显著高于热压坯的致密度,综合考虑致密度的总体水平及沿宽度方向的均匀性,最佳轧制压下率为65%.在轧制力的作用下,具有不规则表面的芯层粉末相互接触,并产生变形,粉末颗粒表面的凸起部分与基体分离,轧制后大量小尺寸铝合金粉末颗粒富集于粉末颗粒交界区域.     

泡沫铝填充管研究进展

介绍了泡沫铝填充薄壁管的国内外研究状况,主要包括对泡沫铝填充管在压缩和弯曲过程的研究,并详细阐述了泡沫铝填充管的力学性能及吸能特性的研究,最后分析了泡沫铝填充管的发展方向。     

基于三点弯曲的马氏体超高强钢弯曲性能试验

基于三点弯曲试验,研究了马氏体超高强钢的弯曲性能。利用二分法原理安排了"基于凸模尺寸"的试验。得到了不同弯曲角度下、以最小相对弯曲半径为表征的弯曲成形性能,并分析了其影响因素。对于1180 MPa级别及以下马氏体钢,在120°弯曲角及以下,均有Rmin/t1。对于1300MS和1400MS,Rmin/t≥2.5;且大于90°弯曲角后,弯曲性能对弯曲角度不敏感。各向异性对马氏体超高强钢最小相对弯曲半径的影响显著,沿轧制方向(L)的弯曲性能优于垂直于轧制方向(T);各向异性指数不能准确地表述马氏体超高强钢不同方向的弯曲变形行为和弯曲性能差异。随着强度的升高,断后伸长率接近线性下降,弯曲变形时相对弯曲半径值增大,弯曲性能下降,但并无很好的线性关系。     

具有薄外壁的闭孔泡沫铝棒的弯曲行为

通过熔融发泡法制备了具有薄外壁的铝泡沫棒（aluminum foam bar,AFB）。通过悬臂梁弯曲实验和有限元模拟研究了跨度、直径和孔隙率对其弯曲变形行为的影响。采用高速摄像机记录了AFB的弯曲变形行为,并得到了载荷和位移之间的关系。基于三维有限元的X射线微断层扫描技术（Micro-CT）重建AFB,并进行了数值模拟。结果表明,跨度对破坏行为有重要影响,跨度的增加导致了能量吸收能力下降。此外,直径和相对密度的增加也使得峰值载荷提高。有限元模拟结果与实验结果相吻合,这说明孔壁在弯曲过程中由于不同类型的应力而失效。在失效过程中,裂纹遵循孔壁最薄弱的路径传播。     

基于静态三点弯曲超高强钢硬化行为模型分析

选取HC700/980DHD+Z、 HC780/980CPD+Z和HC700/980DPD+Z进行分析,对比了3种材料力学性能和极限冷弯性能的差异;基于5种硬化模型对材料性能曲线进行拟合,选取两类拟合度较高的模型构建了组合硬化模型,并采用R5缺口拉伸试验进行了验证;基于前防撞梁静态三点弯曲测试和仿真对标分析,对组合硬化模型进行验证,并对3种材料的承载性能进行对比分析。结果表明:HC700/980DHD+Z和HC780/980CPD+Z的极限冷弯角分别为109.8°和109.6°,优于HC700/980DPD+Z;前纵梁静态三点弯曲试验测试与仿真分析中关键参数的最大误差在6%左右,表明材料本构模型的精度较高;HC780/980CPD+Z的承载力峰值最大,达到15.1 k N; HC700/980DHD+Z达到承载力峰值的位移最大,达到52 mm;屈强比对静态承载过程的峰值力产生重要影响,而断后伸长率的增加提升了材料的强塑积和塑性应变变形,使得承载力峰值的位移增大。     

基于三点弯曲的1000MPa级超高强马氏体钢最大弯曲角度

基于三点弯曲模具结构,设计可在线观察折弯件变形区域的简易装置,实现了对弯曲外表面微裂纹的实时观察;配合数显角度尺,实现了实时测量弯曲角度的功能。针对1 000MPa级别超高强度马氏体钢板进行三点弯曲实验,得到了以不同弯曲半径下最大弯曲角度为表征的弯曲成形性能,并分析了其影响因素。结果表明,超高强度钢随相对弯曲半径的增大,弯曲角度也变大,但随着材料强度升高,弯曲半径的敏感程度降低;最大弯曲角受轧向的影响较大,各向异性r值不能准确反映材料在弯曲平面应变状态下的各向异性特性;最大弯曲角随材料强度的升高而减小,但减小的幅度有所降低;最大弯曲角与延伸率无关联。     

泡沫铝芯体夹层板压缩力学性能的试验研究

本文对泡沫铝芯体夹层板材的准静态和动态力学性能进行了试验研究.在SHPB设备上测试了不同冲击速度时的动态压缩响应,为了对比,也测试了静态压缩力学性能.结果表明泡沫铝芯体夹层板准静态和动态压缩过程均具有明显的三阶段特征.即弹性区、屈服平台区和致密区.随着应变率的增加,泡沫铝芯体夹层板的动态屈服强度增加,具有明显的应变率效应.     

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。     

Impact damage behavior of sandwich composite with aluminum foam core

Impact property of the sandwich composite with aluminum foam core was investigated by experiment and simulation analysis. Impact energies of 50, 70 and 100 J were applied to the specimens in impact tests. The results show that the striker penetrates the upper face sheet, causing the core to be damaged at 50 J test but the lower face sheet remains intact with no damage. At 70 J test, the striker penetrates the upper face sheet and the core, and causes the lower face sheet to be damaged. Finally at 100 J test, the striker penetrates both the upper face sheet and the core, and even the lower face sheet. The experimental and simulation results agree with each other. By the confirmation with the experimental results, all these simulation results can be applied on structure study of real sandwich composite with aluminum foam core effectively.     

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.     

不锈钢-3003铝合金蜂窝夹芯板轧制复合工艺

研究了采用轧制复合方法生产不锈钢-3003铝合金蜂窝夹芯板的工艺.结果表明:经过表面清理的面板和芯板,在加热至500～550℃后进行轧制复合,在变形率为25%以上时即可以实现牢固的初结合,面板与芯板间的结合主要依靠"裂口机制";轧制过程中芯板上的圆孔出现了类似于墩粗的情况,为使芯板上孔系能够发挥作用,轧制变形率应当控制在25%～40%之间;经过退火热处理后,夹芯板的抗拉强度、弯曲强度和延伸率等力学性能均达到相关产品标准.     

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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。     

铝代钢汽车C柱内板的选材与正向弯曲仿真

以汽车C柱内板为研究对象,进行替代材料的选取和厚度的计算。根据C柱内板的实际安装情况,建立了正向弯曲仿真模型并采用壳体单元分别对传统钢板和铝合金C柱内板进行仿真。结果表明:铝代钢后C柱内板的刚度、强度均有所提高,并实现减重46.4%,满足汽车轻量化设计要求。     

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。     

Adhesion in sandwiches with aluminum foam core

Fast-moving machine tool assemblies should be light and rigid. Because of the lightweight construction and the dynamic loads these assemblies are very often susceptible to vibrations. Aluminum foam sandwiches are laminates with an aluminum foam core and compact cover sheets. The foam cores possess a high-energy absorption capacity. Machine tool assemblies made of aluminum foam sandwiches offer very high flexural stiffness, together with comparatively light weight. Vibrations generated by machining are damped very well due to the cellular structure of foam. The manufacturing process of foam sandwiches is in general well understood, but there are still some open questions concerning the mechanisms of bonding and adhesion between cover sheets and foam core. This paper tries to give answers to these questions.