泡沫铝压缩变形行为及力学的研究性能地研究

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1、泡沫铝的压缩变形行为及力学性能的研究摘要泡沫铝是近年来发展起来的一种新型结构功能材料，具有优良的缓冲吸能作用，研究其在静动态载荷作用下的压缩力学变形行为和吸能性能具有重要的意义。国外相关的研究已经较深入并已成功应用到若干领域，而国内对泡沫铝力学性能的研究比较少，且多集中于单轴抗压行为的研究。孔隙率、材质、孔径大小、试样尺寸等因素对压缩性能的综合影响以及交互作用、泡沫铝的拉伸变形特征以及变形机制、复合结构研究、疲劳、各向异性等方面的研究相对不足。本文针对这种现状进行了如下研究：(1)用正交试验综合研究了开孔泡

2、沫铝的压缩变形特征及孔隙率、材质、孔径大小、试样尺寸对压缩性能的影响。得到了三种不同材质的应力一应变曲线。泡沫纯铝的分三个阶段：弹性变形阶段、平台区、密实阶段；泡沫A1Si12有较大的波动；泡沫AIMgl0的应力．应变曲线在达到峰值后开始跌落，然后是一长段的应变。材质对压缩性能的影响程度最大，孔隙率次之，孔径的影响随后，试样尺寸的影响最小，但试验结果仍显示出一定的尺寸效应。(2)研究了闭孔泡沫铝的压缩变形特征以及孔隙率、缺陷等因素的影响。(3)研究了泡沫铝的拉伸性能。泡沫铝的拉伸变形量很小，抗拉强度低，仅为

3、几个Mpa，变形过程中没有出现宏观的颈缩现象。开孔试样的拉伸破坏是由裂纹的快速扩展引起的；闭孔试样的断裂是由夹持处的变形引起的应力集中导致的。开孔泡沫纯铝的应力应变基本上成线性关系；泡沫A1Sil2表现出一定的脆性行为，应力一应变曲线上有较大的波动。闭孔泡沫铝具有塑性变形行为，其典型的应力一应变曲线有四个阶段：线弹性区域，塑性屈服，应变强化和断裂区。(4)研究了复合圆管结构的压缩性能。其应力一应变曲线分三个阶段：弹性变形阶段、平台区和密实化阶段。曲线上有波动，波动次数与钢管褶皱个数成对应关系，复合结构的压缩

4、变形方式与空管相比发生了改变，由不对称变形模式变为轴对称变形模式了，复合结构的屈服应力大于空管和泡沫铝屈服应力的简单叠加之和。(5)利用ANSYS有限元分析软件模拟了开孔泡沫铝的线弹性和屈曲变形特征及变形机制并进行了理论分析。关键词：泡沫铝；正交试验；力学性能；复合结构；有限元模拟StudyonCompressionDeformationBehaviorsandMechanicalPropertiesofAluminiumFoamsCaoGuo-ying(Materialprocessingengineer

5、ing)DirectedbyProfcssorWangLU—caiAbstractAluminiumfoams，anewstructuralandfunctionalmaterialdevelopedmrecentyears，hasgoodenergyabsorptionandimpactdampingproperty．Therefore，itisofthevitalsignificancetostudycompressivedeformationbehaviorsandenergyabsorptionpr

6、opertyunderstaticanddynamicload．Nowaluminumfoamshasbeenintensivelystudiedabroadandsuccessfullyappliedinmanyfields．However,theresearchisnotadequateinChina．Themostisfocusedontheuniaxialcompressivebehaviorandstillremainsintestingstage．Manyresearches，suchasthe

7、compositiveinfluencesandinteractionofporosity、material、poresizesandsampledimensionsoncompressionproperty,thetensiledeformationcharacteristicandmechanism，composite，fatigue，anisotropyarepaidlittleattention．‘Basedonabove．mentioned，theauthorcarriedouttheresear

8、ches．Thecontentandresultsareshowedasfollows：(1)Thecompressiondeformationcharacteristicofopenaluminiumfoamsandtheeffectsofporosity，material，poresizesandsampledimensionsoncomprssionpropertywereinvestigatedbyort