渗流法制备膨胀珍珠岩-泡沫铝复合材料的准静态压缩和弯曲性能研究

以膨胀珍珠岩和铝硅合金（AlSi12）为原料,采用渗流法制备膨胀珍珠岩-泡沫铝复合材料,研究该材料的压缩和弯曲性能,并在此基础上计算材料的吸能能力和吸能率。结果表明：该材料的抗压强度为26.21~29.60MPa,抗弯强度为22.16~34.83 MPa,最大吸收能量为23.06~34.31 MJ/m3,最大吸能率72.8%~77.2%;小粒径（2 mm）膨胀珍珠岩样品的综合力学性能优于大粒径（3 mm）膨胀珍珠岩样品。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

应变速率对闭孔泡沫铝力学性能和能量吸收性能的影响

采用分离式霍普金森压杆 (SHPB)技术 ,研究了应变速率 (1× 10 - 3s- 1 ～ 2 5 0 0s- 1 )对泡沫铝力学性能和能量吸收性能的影响。结果表明 :泡沫铝有较高的应变速率敏感性 ,随应变速率的增加 ,泡沫铝的屈服强度和吸能能力增加 ,泡沫铝的应变速率敏感性随应变、应变速率变化幅度的增加而增加。     

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。     

泡沫铝的动态力学性能研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术,研究了孔隙率对泡沫铝在高应变速率(700s(-1)~~2600s(-1)~)条件下力学性能的影响,并与准静态条件下(1×10(-3)~s(-1)~)的性能进行了对比。实验发现泡沫铝在准静态和动态条件下呈现逐层破坏的特征,从而在应力-应变曲线上出现一平台区;由于铝合金本身存在的应变速率敏感性和多孔材料中气体的作用,使泡沫铝的平台应力随应变速率的增加而增大,当孔隙率较低时,增加尤为明显;泡沫铝的应变速率敏感度随应变的变化而变化。     

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。     

二元孔结构对开孔泡沫铝力学性能的影响

采用有限元模拟了不同孔径比和体积比的二元孔径结构对开孔泡沫铝力学性能的影响,并取得了相应参数.用渗流法制备出相应孔参数的泡沫铝,并对其进行压缩试验加以验证.模拟和实验结果均表明,当泡沫铝的孔结构由大、小孔按一定的尺寸比和体积比组成时,泡沫铝的强度和刚度显著提高,孔径尺寸比和体积比分别为0.40～0.45和0.07～0.12是最优的.     

时效处理对泡沫铝动态力学性能和能量吸收性能的影响

采用分离式霍普金森压杆 (SHPB)技术 ,研究了时效处理对泡沫铝在高应变速率 (15 0 0s-1～ 2 6 0 0s-1)条件下力学性能的影响 ,并与准静态条件下 (1× 10 -3 s-1)的力学性能进行了对比。结果表明 :时效处理可提高泡沫铝材料的屈服强度 ,但远没有块体材料那么显著 ;时效处理对泡沫铝平台区长短几乎没有影响 ;时效处理可提高泡沫铝材料的能量吸收能力 ,这在泡沫铝用作冲击保护材料时 ,显得尤其重要。     

泡沫铝合金显微组织和压缩力学性能的研究

采用Si、Mg及Cu元素进行合金化处理，制备了几种不同力学性能的开孔泡沫铝，并通过准静态压缩实验，研究合金化对泡沫铝压缩力学行为与吸能特征的影响。实验结果表明：采用Si、Mg及Cu元素合金化处理显著改变了泡沫铝的应力-应变行为与吸能特征，使泡沫铝的屈服强度提高，吸能性大幅度上升。另外，还研究了渗流法制备工艺对泡沫铝微观组织和性能的影响，结果显示由于渗流法制备过程特殊的凝固条件，使得泡沫铝的微观组织比相同成分的铸造铝合金的组织明显粗大。     

热处理对泡沫铝合金力学性能及吸能性的影响

研究了热处理(T6强化处理及纯时效硬化处理)对渗流法生产的3种开孔泡沫铝合金在动态(~2.1×103s-1)和准静态(1.0×10-3s-1)下的压缩力学性能及能量吸收特性的影响。分别在MTS810材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)上对3种泡沫铝合金材料进行了准静态及动态压缩实验。实验结果表明:与制备态相比,经时效硬化处理及T6强化处理的泡沫Al-Mg-Si合金和泡沫Al-Cu-Mg合金的动、静态压缩强度提高、平台区缩短,在一定应变下单位体积吸收的能量提高,而且均表现出对应变率的敏感性。而热处理对泡沫Al-Mg合金的动、静态压缩性能均没有影响,表明热处理对泡沫金属的作用与构成泡沫的基体金属关系密切,但与对应的实体金属的情况不同。须注意的是泡沫Al-Mg-Si合金和泡沫Al-Cu-Mg合金的纯时效硬化处理,也可以在一定程度上提高其压缩强度及吸能能力,与T6强化处理相比不需要固溶处理,不仅可以降低热处理成本,而且还避免了在水中淬火时对泡孔结构的破坏。实验结果还表明,泡沫Al-Cu-Mg合金的应变率敏感性受热处理路线的影响,而泡沫Al-Mg-Si合金的却不受影响。由于不同合金经相同热处理后会产生不同的沉淀硬化相甚至没有硬化相,因此,可以得出热处理对泡沫金属性能的影响主要取决于制备泡沫的基体金属。     

热处理对开孔泡沫Al-Cu-Mg合金力学性能及吸能性的影响

利用MTS810材料试验机及分离式Hopkinson压杆进行了准静态(1.0×10-3s-1)及动态(~2.0×103s-1)压缩试验,分别研究了热处理(T6强化处理和纯时效硬化)对渗流法生产的开孔泡沫A l-Cu-Mg合金准静态及动态压缩性能及吸能性的影响。结果表明,与制备态(F)相比,经纯时效硬化处理(A)及T6强化处理的泡沫A l-Cu-Mg合金的动态及静态压缩强度提高、平台区缩短,在一定应变下单位体积吸收的能量提高,而且均表现出对应变率的敏感性。纯时效硬化处理与T6强化处理相比不需要固溶处理,不仅具有经济上的利益,而且还避免了在水中淬火时对泡孔结构的破坏。