泡沫铝夹心板静态三点弯曲变形行为及力学性能

采用焊接方法制备了泡沫铝夹心板,通过对制备出的泡沫铝夹心板进行三点弯曲实验,测量其整体的抗弯特性.应用数字图像相关方法计算了弯曲过程中试样表面的全场变形响应,结合对载荷-位移曲线的分析,讨论了2种不同孔结构夹心板的变形行为.结果表明:由于夹心材料结构上的不同,导致其破坏方式的不同;以闭孔泡沫铝为夹心的夹心板弯曲吸能比夹心为开孔泡沫铝的多,而开孔泡沫铝夹心板的弯曲刚度则更高些,这对泡沫铝夹心板的设计及工程应用具有实际指导意义.     

闭孔泡沫铝的孔结构控制

为适应高技术应用中超轻闭孔泡沫铝对孔结构更高的控制要求，对过去十余年中进行的相关研究工作进行了系统整理，发现了胞体尺寸、孔隙率和孔形貌三者之间的内在关系，确定了孔结构控制的关键步骤和相互关系，建立了熔体发泡法影响孔结构控制的工艺技术框架，结合该框架系统论述了3个关键孔结构控制参数（胞体尺寸、孔隙率和孔形貌）与实际应用、制备技术、工艺过程的关系．研究表明，孔结构演变和制备技术工艺中黏度、发泡时间、凝固方式等诸多因素相互影响，互为因果，使得发泡和凝固过程变得十分复杂，给孔结构控制带来困难．要获得高孔隙率泡沫铝，对于纯铝泡沫，不仅需要根据熔体泡沫化时间与孔隙率的对应关系精确控制孔隙率，而且要在孔隙率一时间平台段适时凝固以控制孔径和均匀性，而对于泡沫铝合金，还需要采用多向凝固模式，克服凝固过程中固一液两相区的附加力场引发的收缩问题．对于新型球形孔泡沫铝合金，则需要进一步控制适量的发泡剂（1．0％）和发泡搅拌时间（100s），使平台段降至低孔隙率阶段．面对高技术领域新的需求，提出的二次发泡法较其他技术在制备异型件方面具有更大的优势，并且其延伸发展技术在多功能大型面板开发上具有进一步发展的潜质．     

泡沫铝夹心板轧制预制坯的粉末冶金发泡工艺

对采用轧制复合法制备的发泡预制坯的粉末冶金发泡过程进行了研究,确定了制得的泡沫铝夹心板的组织及物相,分析了发泡剂TiH2颗粒尺寸及团聚对发泡效果的影响.研究结果表明:轧制坯充分发泡后,泡壁主要有Al3.21Si0.47,Ti及Ti3O相,Ti和Ti3O颗粒同泡壁结合紧密;预制坯内大尺寸发泡剂TiH2颗粒的周围易形成微裂纹,发泡时裂纹的宽度可扩展至100μm以上,裂纹周围的泡孔发育不良;混料及轧制阶段形成的TiH2团聚导致局部发泡驱动力过大,发泡后芯层内易形成大尺寸泡孔.     

轧制态下Cu含量对泡沫铝泡孔结构的影响

采用液相复合-轧制技术制备不同wCu的可发泡预制坯及闭孔泡沫铝材,研究了wCu对泡沫铝泡孔结构的影响.结果表明:随着wCu的增加,泡孔结构的均匀性增加,孔径减小,泡孔合并产生的大泡孔数量减少,但泡沫体的塌缩和老化特征增强.对比不同wCu的预制坯的膨胀曲线,随着wCu的增加,预制坯的最大膨胀率先增大后减小,且达到最大膨胀...     

粉末冶金泡沫铝泡孔演化的研究

着重研究了粉末冶金法泡沫铝在不同发泡时间下的泡孔形貌和泡孔内表面褶皱的变化.结果表明:随着发泡时间的延长,气泡由近球形泡孔向多边形泡孔演化,布拉德边界逐渐变小和泡壁更薄,并出现了泡壁局部断裂以至于泡孔破裂并合并;早期的类裂纹孔是粉末冶金发泡过程中的固有特征,这是由粉末冶金前驱体内部存在的垂直于压制方向的内应力释放所造成的;泡孔内的褶皱反映了泡孔结构的演化过程,发泡前期泡孔内表面比较光滑,存在少量的褶皱,发泡中期内表面的褶皱以凸起为特征,后期由于重力作用的加剧和泡孔表面能的进一步升高,形成了带状褶皱的形貌.     

轧制复合对泡沫铝夹心板组织与性能的影响

研究了轧制复合-粉末冶金发泡法制备泡沫铝夹心板的生产工艺,分析了板/芯结合工艺对芯层粉末致密度的影响,探讨了粉末致密度与发泡效果间的关系,初步得到了复合板的发泡机制.研究结果表明:轧制过程使芯层粉末获得了极高的致密度.发泡时,轧制复合板内发泡剂TiH2释放出的H2的流失量很少,发泡驱动力充足,所得到的夹心板很少出现无泡层及大尺寸连通孔等缺陷.芯层粉末内发泡剂的质量分数为1%时,轧制复合板发泡后即可获得理想的泡沫结构,有效降低了产品的生产成本.夹心板具有良好的三点抗弯强度等力学性能.     

发泡温度对泡沫铝孔结构的影响及机理分析

实验研究了粉体发泡法泡沫铝制备过程中 ,发泡温度对泡沫铝孔结构的影响 ,并对其影响机理进行了分析     

TiH2含量对粉末冶金泡沫铝孔结构的影响

通过对泡沫铝剖面进行数字图像处理和统计分析,研究了粉末冶金法制备泡沫铝时发泡剂质量分数对孔隙率、孔径标准差及大孔面积率等孔结构参数的影响.实验结果表明,过量的TiH2导致大孔增多、孔结构均匀性降低;TiH2过少则使孔隙率降低,成型性较差.TiH2质量分数在0.2%～0.6%之间时,得到的泡沫铝孔隙率为70%～77%,此时大孔缺陷较少,孔结构均匀细密.采用胞壁熔体在毛细力作用下的流动模型,讨论了熔体泡沫合并大孔形成机制.综合考虑孔隙率、孔隙均匀性和TiH2有效利用率等因素,确定了TiH2的最佳添加范围.     

泡沫铝夹芯板低速冲击性能研究

对包套轧制及胶粘泡沫铝夹芯板进行了低速冲击试验,分析了两种夹芯板在低速冲击下的力学响应及破坏形式.结果表明,两种结合界面的夹芯板都具有吸能特性,但冶金结合夹芯板抗冲击的缓冲时间明显长于胶粘结合夹芯板.随着加载冲量的增加,冶金结合夹芯板的屈服载荷和平台载荷增加,缓冲时间缩短,抗冲击过程表现出明显的应变率效应.冶金结合夹芯板破坏模式主要为芯层剪切、压实和面板塌陷.     

泡沫铝芯体夹层板的抗侵彻性能试验研究

本文研究了不同冲击速度下泡沫铝芯体夹层板的动态压缩应力-应变响应特性和抗侵彻性能。试验结果表明:泡沫铝夹层板的动态应力应变曲线也具有泡沫材料的应力应变曲线的"三阶段"特征(elastic region,collapse region and densification region)。泡沫铝芯体夹层板与泡沫铝相比,具有更高的屈服极限和更好的缓冲吸能特性。     

包套轧制粉末冶金法制备泡沫铝三明治板

以空气雾化的A1Si12合金粉、镁粉和氢化钛粉末为原料,采用包套轧制法成功制备出了泡沫铝三明治板材.利用300 dpi扫描仪、扫描电镜(SEM)和显微硬度仪等检测方法系统比较了复合轧制和包套轧制方法对制备前驱体的宏观形貌和界面结合及其泡孔结构的影响,结果表明:包套轧制可以有效阻止面板材料裂纹的扩展,获得完整的和致密度均...     

空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁冲击性能实验研究

为了提高油罐车罐体在冲击载荷下的强度和耐撞性,提出了两种三明治结构:空心和PMI泡沫填充率波纹夹心结构,来代替传统的均质结构,通过泡沫块冲击实验,对两种构型的三明治夹芯梁的冲击性能进行了研究。通过高速摄影观察了夹芯梁的变形过程,得出了在不同冲击速度下同质量不同芯体结构的夹芯梁后面板所产生位移的时程曲线,考察了两种类型夹芯梁在冲击载荷下的后面板中点位移及各自的变形特点。实验结果表明:空心波纹夹芯梁在速度较高的冲击载荷作用下,前面板在冲击区域发生撕裂,波纹芯体发生较大幅度的压缩;相对于空心夹芯梁,PMI泡沫填充夹芯梁前面板的撕裂和芯体的压缩程度大幅减小,但后面板中点位移较空心夹芯梁更大。由于结构的撕裂在罐车的行进过程中容易扩展并至更严重的破坏,因而填充夹芯结构相对空心结构更具优势。     

泡沫夹层结构复合材料的应用与发展

简要介绍了国内外泡沫夹层结构复合材料发展现状,分析了国内外泡沫夹层复合材料研究与应用上存在的差距。基于夹层结构复合材料泡沫芯材特性及存在的问题,认为高性价比泡沫芯材的研制及应用是泡沫夹层结构复合材料发展的关键之一。     

泡沫铝夹芯梁结构的高温3点弯曲力学性能研究

实验研究了泡沫铝夹芯梁结构在不同温度下的3点弯曲力学性能.通过引入Gibson模型构建夹芯梁架构在3点弯曲作用下的失效模式图,并将失效模式图扩展到高温情况下,得到泡沫铝夹芯梁的初始失效模式图随温度的变化趋势.结果发现,其他因素不变,随着温度的升高,夹芯梁结构更容易发生面板屈服失效模式,芯层剪切模式涉及的范围被大大压缩.根据修正的Gibson模型预测的夹芯梁结构的极限载荷和实验结果所得极限载荷比较发现,芯层剪切模式分析结果和实验数据很好地吻合,说明泡沫铝夹芯梁的最终失效破坏主要是由于芯层剪切引起的.     

轧制制度对闭孔泡沫铝材料塑性的影响

研究了采用熔体发泡法制备的闭孔泡沫铝材料的轧制过程,分析了不同道次压下量条件下泡沫铝的变形特点与破坏方式,探讨了影响泡沫铝轧制能力的主要因素.结果表明:闭孔泡沫铝的轧制应遵循多道次、小变形的原则.道次压下量为0.1 mm时,Si质量分数为12%的泡沫铝(厚度约11 mm)经10道次变形后可实现1 mm的总变形量.道次压下量过大时泡沫铝的破坏方式为典型的脆性断裂,适宜的压下量则有利于发挥泡沫铝良好的吸能性,但小变形时易出现弯曲而使材料最终发生剪切破坏.提高泡沫铝轧制能力的具体方法为降低基体中的Si含量,提高材料组织性能的均一性,轧制工艺中采用适宜的道次压下量和较低的轧制速度.     

泡沫铝材料的一维粘塑性本构关系

通过对不同初始密度的泡沫铝进行准静态压缩和动态冲击试验,得到了泡沫铝材料在中低应变率下的力学行为,结合分析含多种内变量的粘塑性本构模型的物理意义,推荐了适合于泡沫铝材料的一维粘塑性本构模型,并对推荐模型进行了拟合,拟合结果与实验结果吻合比较好,该模型和实验结果均反映了泡沫铝材料的应变率负敏感特性。     

粉煤灰增黏制备泡沫铝材料的研究

以粉煤灰为增黏剂,TiH2为发泡剂,将它们先后加入到铝熔体之中并搅拌均匀,进而获得闭孔型泡沫铝材料·结果表明:粉煤灰的加入量在3%～5%范围内可以获得密度较小、孔隙率较高的泡沫铝材料;当粉煤灰颗粒尺寸在61～147μm时,泡沫铝的密度、孔隙率 粉煤灰粒度关系曲线较为平缓,制得的泡沫铝材料胞孔结构较好;在泡沫铝制造过程中用粉煤灰代替金属Ca进行增黏可降低生产成本;在铝熔体中添加粉煤灰,有利于制备强度较高的泡沫铝材料·