開孔泡沫鋁夾芯管壓縮與彎曲力學(xué)行為的研究.pdf

1、泡沫金屬具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度及優(yōu)異的吸能特性等特點(diǎn)，以泡沫金屬為填充材料制備而成的夾芯結(jié)構(gòu)材料是一種新型的輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能材料，其壓縮和彎曲等力學(xué)行為及變形失效的形式和機(jī)理已經(jīng)成為材料科學(xué)、力學(xué)等領(lǐng)域中的熱點(diǎn)課題之一。 本文采用滲流法制備開孔泡沫純鋁和鋁硅合金，將其加工后填充到鋁合金圓管和不銹鋼方管中，制成開孔泡沫鋁夾芯圓管及夾芯方管，分別進(jìn)行壓縮和彎曲實(shí)驗(yàn)，研究泡沫鋁力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)對開孔泡沫鋁夾芯圓管軸向壓縮的力學(xué)性能和吸能特

2、性的影響，以及對夾芯不銹鋼方管的彎曲力學(xué)行為和變形特征的影響。所制備結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)為：泡沫鋁的孔徑為0.65～2.3mm，相對密度為0.399～0.524；夾芯圓管：徑厚比為5～30.4；夾芯方管：t/b為0.012～0.032。 首先，對開孔泡沫鋁夾芯鋁管進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)單軸向壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了泡沫鋁夾芯圓管的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變行為和變形特征，并研究泡沫鋁基體性能和孔徑等特征參數(shù)以及夾芯管的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對其壓縮行為、力學(xué)性能和吸量特性的影

3、響規(guī)律。結(jié)果表明：壓縮過程中，泡沫鋁夾芯鋁管的載荷-位移曲線呈現(xiàn)出彈性段、波動(dòng)的屈服平臺段和壓實(shí)段三階段特征；鋁管的徑厚比以及泡沫鋁本身的參數(shù)和強(qiáng)度對填充管的屈服強(qiáng)度、平均壓潰力和吸能特性均有著非常顯著的影響。由于泡沫鋁與管壁間相互作用使得夾芯管的抗變形能力顯著提高，且管壁的變形模式發(fā)生改變，管壁只發(fā)生向外翻折變形，并且所產(chǎn)生的環(huán)狀褶皺減少。 其次，對開孔泡沫鋁夾芯不銹鋼方管進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究不銹鋼方管的t/b比值

4、，泡沫鋁的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及泡沫鋁的填充方式對夾芯方管彎曲行為及變形模式的影響規(guī)律。結(jié)果表明：填充泡沫鋁后，由于泡沫鋁的支持抑制作用，不銹鋼方管的局部彎曲變形模式發(fā)生改變，管壁由空管時(shí)的單一褶皺變?yōu)閵A芯方管的多重褶皺模式，形成更多的塑性鉸，褶皺長度減小，顯著提高不銹鋼方管的彎曲承載能力，且夾芯方管彎曲變形模式與方管的t/b比值相關(guān)。 另外，對不同填充方式的泡沫鋁夾芯方管進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：夾芯方管填充的泡沫鋁必需達(dá)到一定的長度，即