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(fù)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(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑機(jī)械、冶金化工、電子通訊和航天航空等多個(gè)領(lǐng)域，對其研究已經(jīng)成為當(dāng)今世界材料科學(xué)高技術(shù)領(lǐng)域的重要研究、開發(fā)熱點(diǎn)之一。目前在工業(yè)應(yīng)用中，人們對泡沫鋁的力學(xué)性能越來越關(guān)注，尤其是其能量吸收性能。泡沫鋁承受載荷時(shí)最顯著的特性即壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出的長的平臺(tái)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(zhǔn)靜態(tài)和軸向沖擊載荷條件下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)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(fù)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(xué)性能、失效模式和能量耗散機(jī)制。
　　通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)對孔壁屈服斷裂的影響進(jìn)行了詳細(xì)的討論。結(jié)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(dǎo)致

3、孔結(jié)構(gòu)、分布、缺陷的不同，幾種因素交互作用最終導(dǎo)致了不同的宏觀壓縮行為即不同的應(yīng)力-應(yīng)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(dǎo)致壓縮進(jìn)入致密化階段。脆性泡沫宏觀失效模式表現(xiàn)為漸進(jìn)壓碎。單個(gè)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(yīng)成為閉孔泡沫鋁吸收壓縮能量的主要機(jī)制。
　　落錘軸向沖擊實(shí)驗(yàn)對閉孔泡沫鋁在動(dòng)態(tài)載荷下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了測試。

4、通過動(dòng)能控制實(shí)驗(yàn)和缺陷控制實(shí)驗(yàn)探討了閉孔泡沫鋁材料的速度敏感性并對其能量吸收進(jìn)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(gè)階段，初始?jí)嚎s階段和漸進(jìn)壓碎階段。動(dòng)能控制實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(fù)沖擊實(shí)驗(yàn)表明泡沫鋁對反

5、復(fù)沖擊次數(shù)較敏感，在一定程度上具有重復(fù)使用能力。
　　Al-Ca基泡沫鋁在沖擊變形時(shí)表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)漸進(jìn)式破壞模式，具有良好的塑性變形能力。其微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表明，基體中碳纖維分布均勻，與基體結(jié)合緊密，斷裂時(shí)大部分?jǐn)嗔训睦w維其端部近似垂直于斷裂表面。纖維的增強(qiáng)作用顯著，Al/Cf泡沫鋁比吸能略高于Al-