工业闭孔泡沫铝压缩力学性能及变形机理

泡沫铝是一种新型的结构和功能材料,因特殊的能量吸收特性而在工程领域具有很好的应用前景。为了研究基体材料对泡沫铝力学性能和变形失效机理的影响,同时为工业泡沫铝材料提供更具参考价值的性能指标,对工业上最常见的两种不同基体(纯铝基体和7050铝合金基体)的泡沫铝材料进行了准静态压缩力学性能的试验,并对其变形机理进行了分析。试验结果表明,相同规格的7050基体泡沫铝的压缩力学性能高于纯铝基体泡沫铝,能量吸收能力也远大于纯铝基体泡沫铝。纯铝基体泡沫铝在压缩载荷下呈现逐层坍塌、连续性破坏的模式,试件在完全压实后呈碎渣;7050基体泡沫铝表现出逐层坍塌、间断式破坏的模式,试件在完全压实后呈完整的块状。7050基体泡沫铝的泡孔结构比纯铝基体泡沫铝均匀,力学性能更加稳定。     

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。     

铝硅闭孔泡沫铝吸声性能研究

利用熔体转移发泡法制备了不同孔隙率(厚度为20mm;孔隙率为67.3%、77.7%、80.4%、88.1%)和不同厚度(孔隙率为79.6%;厚度为10、20、30mm)的铝硅闭孔泡沫铝,运用驻波管法对其吸声性能进行了测试,对其吸声机理进行了探讨,并研究了孔隙率和厚度对其吸声性能的影响.结果发现铝硅闭孔泡沫铝吸声主要是通过亥姆霍兹共振器结构和孔壁微孔以及裂缝等来实现的,实验进一步证实其吸声特性曲线符合理论分析.铝硅闭孔泡沫铝的孔隙率和厚度对其吸声性能影响显著:吸声系数随孔隙率增加而增加;低频阶段,吸声系数随厚度的增加而提高,高频阶段,吸声系数随厚度的增加而下降,但整体吸声性能受厚度影响较小,只出现了最高吸声系数向低频处迁移的现象.     

有限变形下闭孔泡沫铝的非线性压缩行为

基于Huang（北京大学）和Wang（北京大学）的理论和热力学第二定律,研究了有限变形下闭孔泡沫铝的非线性压缩行为。通过引入内变量及内变量的演化方程,给出了有限变形下同时考虑细观结构参数和黏性效应的有效幂律势函数及相应的应力表达式。基于所提出的理论模型,通过算例讨论了细观力学方法、孔隙度和黏性效应对泡沫铝应力-应变曲线的影响规律。结果表明:模型预测与实验结果基本一致,且随着黏性系数的增大,考虑黏性效应的模型预测趋向于未考虑黏性效应时的模型预测。      

单轴压缩载荷下闭孔泡沫铝的变形机制

基于X射线计算机断层扫描技术,重构了能够反映闭孔泡沫铝真实细观结构的三维有限元模型。采用数值模拟与试验测试相结合的方法,研究了泡沫铝在准静态单轴压缩载荷作用下的力学响应及其变形机制,重点关注了平台阶段及致密化阶段的变形模式。结果表明:试件中变形带的出现是压缩过程进入平台阶段的一个标志,此时棱杆和孔壁的变形以塑性弯曲为主;平台阶段,棱杆及孔壁的变形逐渐向塑性起皱与塑性屈曲转变;伴随致密化阶段的发生,变形带内部的胞孔严重坍塌,呈‘双凹圆盘’状。闭孔泡沫铝细观结构变形模式的数值模拟与试验结果相符,验证了该模型的有效性,为进一步研究各相关物理量(相对密度、加载速率等)及变形机制对其宏观吸能性能的影响奠定了基础。     

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。     

闭孔泡沫铝压缩性能研究

闭孔泡沫铝作为一种新型多孔金属材料,被应用于各个领域,但其压缩力学性能受到孔隙率、孔洞结构参数、相对密度及材料基本力学性能等的影响,因此针对某闭孔泡沫铝企业研究出的一款新型产品,在确定其相关参数后进行10组试样的压缩力学试验,确定其应力-应变曲线,分析各段曲线意义和产生机理,并针对其特有的压缩力学性能,研究在外力作用下的吸能表现,为该型号的闭孔泡沫铝材料在各个行业中的应用提供技术支持和参考依据。     

应用SXR-CT技术研究闭孔泡沫铝微结构演化及变形分析

借助同步辐射硬X射线高强度、高能量、高准直、宽频谱以及可选能量等特点,对材料试件进行投影成像,并应用滤波反投影重建算法实现三维图像重建(Synchrotron X-Ray Computed Tomography).研究了闭孔泡沫铝在压缩过程中内部微结构的演化,得到了不同压缩状态下内部微结构图像,分析了闭孔泡沫铝在压缩过程中的变形及孔隙率变化.这些研究结果为泡沫铝制备工艺的改进和材料与结构的优化设计提供了有益的参考,并为泡沫铝压缩破坏机理的构建提供科学依据.     

泡沫铝的孔隙率对压缩性能的影响

本文采用粉末冶金复合加热新方法，研究了泡沫铝制备工艺参数TiH2与Al2O3对孔隙率的影响、孔隙率及孔结构均匀性对泡沫侣屈服强度的影响以及泡沫铝压缩变形的基本特征。研究结果表明：该方法可以制备孔隙率与结构均匀性可控的泡沫铝；当WTiH2=1％，WAl2O3=1～2％可获得较高的孔隙率和均匀的孔结构；泡沫铝的屈服强度随孔隙率的增加而减小，塑性平台区的变形范围随之增加，应力变化范围减小，力学稳定性增加，能量吸收性能和抗冲击性能变好；泡孔结构均匀的泡沫铝，其应力-应变曲线的塑性平台区较不均匀的要平缓、稳定。     

Al-Si闭孔泡沫铝电磁屏蔽效能

通过调整发泡温度、发泡时间、保温时间及发泡剂加入量等工艺参数,采用熔体转移发泡法制备不同相对密度的Al-Si闭孔泡沫铝.利用法蓝同轴法测试其电磁屏蔽效能,结果表明:电磁干扰频率对其屏蔽效能影响显著,在10～600MHz范围内,随着干扰频率增加,泡沫铝屏蔽效能逐渐减小,在600～1500MHz范围内,屏蔽效能又逐渐增加.相对密度对Al-Si闭孔泡沫铝材料电磁屏蔽效能影响不大.     

On the FE Modeling of Closed-cell Aluminum Foam

This investigation is concerned with the development of a multi-unit-cell which enables the modeling of the mechanical response of metallic foams subject to oblique loadings. The geometry of the cell was derived from careful observation of the foam morphology. The new closed unit cell is formed by the use of ellipsoids which are interconnected through a truncated pyramid. In this approach, we represent the morphology of closed-cell aluminum foams through the use of corresponding average uniform geometrical and mechanical properties. Extensive multi-unit-cell finite element analyses were conducted to examine the effect of key geometric parameters on the collapse load, normalized crush force versus deformation characteristics as well as the corresponding energy absorption. The numerical simulations were compared with crush test experiments involving different oblique loads. In spite of showing an initial stiff response, which is typical in idealized numerical models, the results revealed that the developed multi-unit-cell is able to simulate the crush behavior of closed-cell foams.     

2,3,3’,4’-联苯四酸二酐硬质聚酰亚胺泡沫材料的结构与性能

系统研究了在含2,3,3’,4’-联苯四酸二酐(a-BPDA)的聚酰亚胺(PI)泡沫材料体系中,计算相对分子质量、二胺分子结构、二酐分子结构对聚酰亚胺泡沫材料性能的影响。研究发现,对于a-BPDA/m-PDA/NA体系,计算相对分子质量为1500时,可以制备得到性能优良的硬质耐高温聚酰亚胺泡沫材料,其玻璃化转变温度高于350℃,闭孔率大于88%,压缩强度为1.34 MPa。在该体系中,部分引入ODPA,可提高材料的韧性;当n(BTDA)∶n(a-BPDA)=5∶5时,泡沫材料不但拥有高的耐热性能和力学力学性能,同时还具有良好的韧性。     

泡沫铝变形与吸能特性研究

目的研究密度、孔洞分布以及加载应变率对泡沫铝材料变形行为和吸能特性的影响。方法对3种不同密度范围的泡沫铝材料进行不同应变率下的压缩实验研究。结果实验结果显示,在10 mm/min加载速率下,密度范围为0.27~0.33 g/cm3和0.47~0.53 g/cm3的泡沫铝材料平均屈服应力分别为1.3和7.2MPa,平均应变能密度分别为0.8和3.8 MJ/m3。此外,密度为0.453 g/m3但孔洞分布不均匀的泡沫铝应变能密度为3.26 MJ/m3,密度为0.449 g/m3但孔洞分布均匀的泡沫铝应变能密度为3.84 MJ/m3。结论随着密度的增加,泡沫材料的屈服应力以及对应于不同应变时的应力均增加,而孔洞分布均匀的泡沫材料的能量吸收能力明显优于孔洞分布不均匀的泡沫材料,此外,加载速度对泡沫材料的应力应变行为有一定的影响,但对其能量吸收能力并无影响。     

环境温湿度对铝合金焊缝气孔和力学性能的影响

对于高速轨道客车铝车身的生产制造,气孔是焊接中最常见的缺陷。采用X射线法研究了不同温度和湿度下铝合金6082和5083熔化极氩弧焊(MIG)焊缝的气孔情况。结果表明,在焊接过程中环境的绝对湿度(是温度和湿度的综合体现)对焊缝的气孔率有重要影响,铝合金6082焊缝的气孔敏感性要比铝合金5083高。在拉伸试验中铝合金6082接头的断裂位置一般在焊接热影响区(HAZ),随着绝对湿度的增加,接头的抗拉强度和断后伸长率几乎保持不变,但接头的正弯和背弯角度分别减小了74.4%和64.4%。铝合金5083接头的断裂位置一般出现在熔合区,随着绝对湿度的增加,接头的抗拉强度和断后伸长率分别减小了4.0%和15.7%,但是弯曲性能变化不大。     

泡沫铝孔壁厚度、孔隙率和平均孔径之间的关系

利用三维建模软件建立了球形泡孔的泡沫铝三维模型,根据几何关系推导和代数函数求解,计算出能直观反映泡沫铝孔隙率、平均孔径和孔壁厚度三者关系的数学表达式:m=(0.95231/η-1)d。取同一泡沫铝试样的多个线切割截面图并将图片二值化处理,分别将二值化后图片读入图像分析软件Image-proplus5.0中测量出截面平均孔壁厚度(mi),取各截面mi的算术平均值作为该试样实际孔壁厚度(m实测);同时用软件统计出截面平均孔径(di)和孔隙率(η),将各截面di的算术平均值(d)和η带入数学关系式得出该泡沫铝试样孔壁厚度的模型计算值(m计算)。经过对比5个试样发现,m计算与m实测之间的误差小于5%,模型的预测值与泡沫铝的实测值基本吻合。     

开孔与闭孔泡沫铝的压缩力学行为

研究了开孔与闭孔两种胞孔结构不同、制备工艺不同的泡沫铝在准静态压缩载荷下的压缩响应曲线.结果表明:开孔与闭孔泡沫铝压缩应力-应变曲线均具有多孔泡沫材料明显的三阶段特征,即线弹性段、塑性屈服平台段及致密段;相对密度对泡沫材料的力学性能(如杨氏模量、屈服强度)有很大影响;在准静态下,开孔泡沫铝表现出明显的应变率效应,而闭孔泡沫不如开孔敏感;泡沫铝材料表现为弱的各向异性;胞孔结构影响两种泡沫材料的压缩响应曲线.     

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。