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.     

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。     

中低应变率下闭孔泡沫铝动态力学性能研究

为探索闭孔泡沫铝的动态力学性能与吸能特性,基于万能材料试验机和高速液压伺服材料试验机在常温下分别对闭孔泡沫铝在准静态和中应变率下(0.001~100s^-1)的动态力学性能进行了测试,分析了不同应变率、不同相对密度和不同泡沫铝基体特性下闭孔泡沫铝的应力应变曲线特征和吸能特性变化。研究结果表明:中低应变率下的纯铝基体泡沫铝并不具备应变率效应,高脆性、相对密度较小的泡沫铝具备更好的吸能特性,塑性和脆性基体泡沫铝变形带分别呈现“V”形和“X”形,脆性基体泡沫铝同样不具备应变率效应。     

闭孔泡沫铝的动态压缩性能试验研究

为了研究闭孔泡沫铝动态压缩性能的应变率效应,采用改进的INSTRON高速动力加载系统,对不同应变率下闭孔泡沫铝试件进行动态压缩试验研究。首先利用正向试验和反向试验技术对不同厚度的闭孔泡沫铝试件在同一加载速率下的动态压缩性能进行了研究,得到了在一定速率下消除泡沫铝动态压缩试验中惯性效应的合理试件厚度。进一步开展了闭孔泡沫铝试件在不同加载速率下的高速压缩试验,研究了其动态压缩性能随应变率的变化规律。结果表明在高速压缩下,闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同,具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应,而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势,初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。闭孔泡沫铝的吸能能力随应变率的增加而明显提升。     

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。     

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.     

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。     

聚氨酯泡沫铝复合材料动态力学实验

通过在开孔泡沫铝中填充聚氨酯得到了聚氨酯泡沫铝, 利用Hopkinson杆对泡沫铝与泡沫聚氨酯组成的三维连续网络增强复合材料进行了在不同相对密度、 应变率和聚氨酯含量下的动态压缩实验。结果表明, 在相同应变率和相对密度下, 与泡沫纯铝相比, 聚氨酯泡沫铝屈服强度和压缩应变量显著增加, 而且应力-应变曲线出现明显的抖动。 随着应变的不断增大, 应力也逐渐增加, 在达到某一相同的应变时, 聚氨酯泡沫铝的应力值较高, 吸能量也较多。另外, 当应变率增加时, 聚氨酯泡沫铝表现出很明显的应变率效应。      

闭孔泡沫铝声屏障设计

为改变高速路两侧噪声污染严重,为设计性能更加优越的公路声屏障,结合沈阳市东西快速干道高架桥声屏障建设的工程要求,设计闭孔泡沫铝材的吸声共振型声屏障。使用噪声频谱分析仪实地测量噪声污染情况,利用驻波管法测试打孔闭孔泡沫铝板的吸声系数值。设计的声屏障主要吸声结构为密度0.3 g/cm3,厚度10 mm,打孔率3%的闭孔泡沫铝吸声板,背后设置30 mm厚空腔,其吸声特性为：吸声主频率为300~400 Hz,对500 Hz以下的低频噪声吸声率可达到60 %~90 %。     

纳米多晶铝压缩塑性力学行为分子动力学研究

目的 研究纳米多晶铝在不同温度与应变速率下的力学响应与塑性变形行为以及不同变形条件下的塑性力学行为。方法 通过ATOMSK软件构建了晶粒取向随机的纳米多晶铝模型,利用LAMMPS软件在300～700 K温度以及1×10⁹、5×10⁹、1×10¹⁰、1×10¹¹ s^-1应变速率下完成了纳米多晶铝的压缩模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行了分析。结果 随温度的升高,晶界原子所占比例增大,纳米多晶铝的弹性模量逐渐下降,在压缩过程中总位错密度随温度的升高而增大。随着应变速率的增大,材料硬化速率增加,纳米多晶铝表现出更高的屈服强度。当应变速率较低时,位错大量存在于小晶粒之中,且中央大晶粒相较于初始位置旋转了20°。当应变速率达到1×10¹¹ s^-1时,材料的硬化速率极大提高,且在晶粒内部出现了孪晶。在塑性变形过程中,1/6<112>(不全位错)的数量最多,在位错运动中占主导地位。结论 温度升高导致材料弹性模量降低,这主要是由...     

闭孔泡沫铝微弧氧化及其性能研究

泡沫铝作为一种新型功能材料,由于具有特殊的多孔结构和优异的力学性能引起了越来越多学者的关注。本工作采用微弧氧化的方法,对闭孔泡沫铝进行不同时间和电压的微弧氧化处理。采用扫描电镜观察不同电压下微弧氧化后Al2O3陶瓷膜的表面微观形貌;采用X射线衍射仪对氧化膜进行物相分析;采用电化学工作站分析微弧氧化后涂层的耐腐蚀性能;采用万能试验机对氧化后的闭孔泡沫铝进行准静态压缩实验,分析不同氧化电压和时间对其力学性能的影响。实验结果表明,微弧氧化后泡沫铝的腐蚀速度明显下降;随着氧化时间的延长,泡沫铝的力学性能也会相应提高。     

不同温度下泡沫铝压缩行为与变形机制探讨

利用Hopkinson杆与MTS实验装置分别研究泡沫铝在不同温度下的动态与静态力学性能,实验结果表明,泡沫铝有很强的温度软化效应,坍塌应力与平台应力和“应力降”的大小均随温度的升高而降低。动态高温下应力应变曲线与静态低温下应力应变曲线类似,反映材料应变率与温度之间的等效关系。低温下泡沫金属强度较高,脆性较强,泡沫结构易脆性坍塌,并伴有脆性裂纹,随着温度的升高,基体材料逐渐软化,泡沫金属强度降低,胞孔结构在压缩过程中从低温下脆性失稳逐渐变成以胞壁屈曲与塑性变形为主,且在不同温度段,应变率敏感度不同。     

基体性能对泡沫铝力学行为的影响

用渗流法制备了不同基体的开孔泡沫铝,利用MTS810和SHPB研究了其准静态和动态力学性能。实验结果表明,泡沫铝基体的性能对泡沫铝材料的力学行为有显著的影响。准静态压缩时脆性泡沫有非常长而平缓的屈服平台区,韧性泡沫的屈服段的应力随着应变的增加而缓慢增加。脆性泡沫的吸能效果总体优于韧性泡沫。     

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.     

石膏型渗流制备泡沫铝填充圆管压缩行为研究

采用石膏型渗流制备开孔泡沫铝并填充到薄壁圆管,制成泡沫铝夹心管.通过准静态压缩试验研究了泡沫铝夹心管的压缩行为.结果表明:采用石膏型渗流法制备的泡沫铝孔隙率在85％左右,其压缩变形阶段可分为弹性段、塑性平台段和致密化段;空心圆管的压缩行为与其本身的结构参数有关;泡沫铝夹心管的力学性能与吸能能力比空心圆管和泡沫铝有了一定...     

聚脲材料动态压缩力学行为的数值模拟研究

以聚脲材料动态压缩力学特性为研究对象,提出了考虑动态弹性模量、动态强度因子和动态切线模量的简化三直线弹塑性本构模型;基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立了低、中、高不同应变率下聚脲材料压缩有限元模型,并与实验结果进行对比分析。结果表明：动态弹性模量增大因子、动态强度因子和动态切线模量因子随应变率增加而有规律的增大,均和应变率的对数呈双线性关系。在中低应变率下,三者的线性关系斜率都比较平缓;在高应变率下,三者的线性关系斜率都比较陡,且弹性模量动态增大因子的斜率比动态强度因子的更大,而第二阶段动态切线模量因子的斜率与动态强度因子的基本一致,但第三阶段动态切线模量因子的斜率是动态强度因子的2.3倍左右,说明高应变率下聚脲材料的后期应力强化效应更加显著。聚脲材料的简化三直线弹塑性本构模型可以在ANSYS/LS-DYNA有限元软件中较好地实现。该文建立的有限元模型能较为准确地模拟聚脲材料压缩实验,进一步验证了简化弹塑性本构模型在不同应变率压缩加载下的有效性。该研究可以为聚脲涂覆加固防护结构有限元模型提供材料模型参数依据。     

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。     

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。