超轻多孔金属材料的研究现状.pdf

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1、2011中德汽车轻量化设计及可靠性论坛超轻多孔金属材料的研究现状报告人：张钱城西安交通大学2010年11月9日，上海提纲课题组简介超轻多孔金属材料研究进展超轻多孔结构简介超轻多孔金属材料结构和应用研究第一代轻质多孔结构第二代轻质多孔结构第三代轻质多孔结构超轻多孔金属在汽车中的应用探讨课题组简介卢天健教授•哈佛大学博士；历任剑桥大学讲师、Reader和讲席教授（ChairProfessor）；现任西安交通大学教授•超轻多孔结构973项目首席科学家(2006CB601200,2011CB610300），共发表学术期刊论文300余篇（其中186篇被SCI收录，SCI他引162

2、3余次，单篇最高102次，h因子=22），获授权国家发明专利30余项。项目团队依托西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室和金属材料强度国家重点实验室，建立了一支材料工程、先进制造工艺、工程力学、声学和无损检测的跨学科研究团队：1.材料制备：张钱城、王斌、乔冠军、王飞、卢天健2.优化设计：金峰、陈常青、卢天健3.本构关系/能量吸收：陈常青、金峰、赵桂平、徐明龙、田晓耕、卢天健4.声学：辛锋先、金峰、江俊、卢天健5.振动和智能化：江俊、卢天健6.传热：金东范、屈治国、卢天健博士后、博士和硕士研究生30余人7.无损检测：陈振茂、卢天健8.机械和产品设计：张钱城、徐敏、慈军超轻多孔金属材

3、料研究进展超轻多孔结构简介自然界中超轻多孔结构鸟的翅膀截面人的头盖骨截面植物的茎截面犀鸟嘴部横截面图生物分级多孔构造国内外研究现状——各国研究现状美1996年(1999年），“超轻金属结构”（1500万美圆）国2004年，“用于冲击防护的超轻金属结构”（1000万美圆）欧2000年,“金属泡沫在汽车工业的应用”（1000万欧圆）盟2004年，“多孔金属在精密数控机床中的应用”（500万欧圆）与工业界相配合，英国、日本、韩国政府也有强力资助其它2009年，加拿大，金属泡沫高温气体回热器（多伦多大学）2010年，澳大利亚，金属泡沫气体冷却器（昆士兰大学）国际ASMEAnnualConfe

4、renceonCellularMaterials(since2001)会议InternationalConferenceonMetalFoams(since1999)中在973计划、科技支撑计划、基金重点、863重点支持下已有相国当基础，在某些方面甚至领先国际，有可能在近期取得重大突破，正在开展由国家重大需求牵引的有关超轻多孔材料及其构成结构多功能化应用的重大基础研究超轻多孔金属材料与结构具有多功能化特性超轻多孔金属是非连续性金属基结构材料，其密度仅为水的1/10~1/2，是国民经济和国家安全必不可少的多功能工程结构材料卢天健等，ProgressinMaterials性能特点Scien

5、ce,2005,50:789-815•超轻•高比强/比刚度卢天健等，《力学进展》，2006，•高能量吸收36（4）：517-535•高效散热•吸波（声/电磁/光等）卢天健等,ScienceinChina(B),•材料/结构一体化2003,46(6):521-532超轻多孔材料与结构的分类泡沫金属闭孔通孔复合结构材料点阵金属交通运载工具的轻量化急需超轻多孔金属多孔金属在汽车、高速列车、地铁列车、轮船等的应用刚度强度超轻结构能量吸收散热理想的多双重功能吸音功能应用热交换声音吸收奥巴马车超轻多孔金属材料结构和应用研究•第一代轻质结构特点•孔结构无序•力学性能相对较低•能量吸收性能好东南大学的

6、泡沫铝特点•孔结构无序•力学性能相对较低•磁屏蔽性能好NIN纤维毡制备理论：铝及铝合金熔体泡沫凝固规律研究10.9=0.00.80.70.60.50.40.30.2=0.70.10051015202530孔形貌对相界面推移及完全凝固所需时间的影响B.Zhang,T.Kim,T.J.Lu,2008,Int.J.HeatMassTransfer泡沫材料力学本构关系研究三维超级单元胞模型0.0-0.5-1.0)-5-1.5BoxAPeriodicsuper-cellmodel(10最大压缩主应力准则s-2.0Q/E33-2.5-3.0=2%andD=0imp3LLSub-boxB

7、=2%andD=2%-3.5imp=1%andD=0imp-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.0Q-5/E(10)3LL11s三维超级单元胞及其二维示意图弹性屈曲面的数值和试验结果所建立的三维超级单元胞模型是下一步建立泡沫材料宏观唯象本构行为与微观组织间定量关系的基础，Int.J.SolidsStruct.(2005,42,6648)。泡沫金属动态力学特性•厚度:原始值9.9mm,实验后6.2mm•密度:原始值0