閉孔泡沫鋁壓縮吸能性能研究.pdf

1、泡沫鋁是由金屬相和氣孔組成的復合材料，具有優(yōu)異的綜合性能，由于其質(zhì)輕、聲阻尼、吸能減振、隔熱和阻燃等特性，可廣泛應用于交通運輸、建筑機械、冶金化工、電子通訊和航天航空等多個領域，對其研究已經(jīng)成為當今世界材料科學高技術領域的重要研究、開發(fā)熱點之一。目前在工業(yè)應用中，人們對泡沫鋁的力學性能越來越關注，尤其是其能量吸收性能。泡沫鋁承受載荷時最顯著的特性即壓縮應力-應變曲線表現(xiàn)出的長的平臺區(qū)，這使得泡沫鋁可有效地吸收大量能量。
　　本文對

2、閉孔泡沫鋁材料在準靜態(tài)和軸向沖擊載荷條件下的力學響應進行了研究。選用的泡沫材料包括熔體發(fā)泡法制備的鋁鈣泡沫、鋁碳化硅泡沫和碳纖維復合泡沫。研究內(nèi)容包括不同材質(zhì)、不同密度泡沫鋁的力學性能、失效模式和能量耗散機制。
　　通過準靜態(tài)壓縮實驗研究了塑性泡沫鋁材料的典型變形過程，對其中變形帶的產(chǎn)生、孔/膜尺度的變形模式以及微觀組織結構對孔壁屈服斷裂的影響進行了詳細的討論。結果表明密度仍然是影響閉孔泡沫鋁壓縮行為的主要因素，由于密度的變化導致

3、孔結構、分布、缺陷的不同，幾種因素交互作用最終導致了不同的宏觀壓縮行為即不同的應力-應變曲線及不同的能量吸收能力。塑性泡沫宏觀失效模式表現(xiàn)為形成局域化的變形帶，多層變形帶的坍塌最終導致壓縮進入致密化階段。脆性泡沫宏觀失效模式表現(xiàn)為漸進壓碎。單個孔表現(xiàn)出三種變形模式?？?膜尺度閉孔泡沫鋁至少具有出四種失效模式。四種模式和摩擦效應成為閉孔泡沫鋁吸收壓縮能量的主要機制。
　　落錘軸向沖擊實驗對閉孔泡沫鋁在動態(tài)載荷下的力學響應進行了測試。

4、通過動能控制實驗和缺陷控制實驗探討了閉孔泡沫鋁材料的速度敏感性并對其能量吸收進行了分析。閉孔泡沫鋁落錘軸向沖擊位移-載荷曲線大致可分為兩個階段，初始壓縮階段和漸進壓碎階段。動能控制實驗表明，比吸能具有速度敏感性，隨著沖擊速率的增大而升高。壓潰長度則隨著沖擊速率的增大而減小。缺陷控制實驗表明雙倒角引發(fā)的試件表現(xiàn)出比單倒角更小的初始峰值載荷和更長的引發(fā)長度。且采用倒角觸發(fā)后，位移-載荷曲線后半階段硬化程度更加明顯。反復沖擊實驗表明泡沫鋁對反

5、復沖擊次數(shù)較敏感，在一定程度上具有重復使用能力。
　　Al-Ca基泡沫鋁在沖擊變形時表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)漸進式破壞模式，具有良好的塑性變形能力。其微觀結構中脆性相主要為Al-Ca-Ti相，斷口為混合斷裂包括單晶脆塑性斷裂和多相多孔斷裂。
　　Al/Cf泡沫鋁沖擊過程也表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)壓縮。微觀結構表明，基體中碳纖維分布均勻，與基體結合緊密，斷裂時大部分斷裂的纖維其端部近似垂直于斷裂表面。纖維的增強作用顯著，Al/Cf泡沫鋁比吸能略高于Al-