合金化与孔结构及填充物对泡沫铝压缩行为的影响

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1、合金化与孔结构及填充物对泡沫铝压缩行为的影响摘要由于泡沫铝的力学性能是由其基体的力学性能、泡孔结构和相对密度所共同决定的，因此，深入研究和了解它的力学行为和性能随这些参数的变化对于优化泡沫铝的结构、进一步提高其力学性能和吸能性具有非常重要的意义。本文主要研究了泡沫铝基体的合余化、泡孔结构的变化以及所含填充物对其准静态和动态下的压缩应力．应变行为、力学性能及吸能性的影响。采用加压渗流法制备了开孔泡沫纯Al、泡沫A1Sil2合金、泡沫A1Sil2M90．4合金和泡沫A1Si8Cul．6MgO．4合金，研究了Si、Mg和cu元素的合金化对泡沫铝准静态压

2、缩性能和吸能性的影响。实验结果表明，多元合金化显著地提高了泡沫铝的屈服强度、弹性模量和流动应力，但是，多元合金化使泡沫铝的塑性下降，其应力一应变行为显示出脆性泡沫的特征，并且在压缩载荷下没有出现类似于泡沫纯铝的致密化过程，从而使压缩平台段大幅度延长；另外，由于采用Si、Mg及cu元素复合合金化大幅度提高了泡沫铝的屈服强度和流动应力，因此，使其具有更加优异的吸能性。通过向开孔泡沫AISil2合金的泡孔中渗流液态硅橡胶的方法制备了含硅橡胶填充物的泡沫铝合金，并且对这种含硅橡胶的泡沫铝合金进行了准静态和动态压缩试验，研究了硅橡胶对泡沫铝合余力学行为的影

3、响。由于硅橡胶体积的不可压缩性，改变了泡沫铝的微观变形机制和应力一应变响应，与不含硅橡胶泡沫A1Sil2合金的三阶段变形特征显著不同，含硅橡胶的泡沫A1Sil2合金在准静态压缩下表现出类似致密材料的变形特征，而在动态压缩条件下，含硅橡胶泡沫A1Sil2合会的应力一应变行为却具有泡沫材料的变形的特征，具有弹性段和塑性平台段。含硅橡胶的泡沫铝具有较强的应变率效应，随着应变率的提高，其屈服强度和流动应力均显著提高、吸能性上升。实验结果还发现：随着泡沫铝孔径的增大，填充硅橡胶后的屈服强度和流变应力均升高。本文还用有限元模拟和实验方法相结合，研究了泡沫铝中

4、大、小孔径的泡jL按不同比例相混合的结构对力学性能的影响。首先，用有限元法建立不同的jL结构模型，模拟孔结构的变化对泡沫铝力学性能的影响，取得相应的参数，然后，用渗流法制备出泡沫铝进行压缩实验验证。模拟和实验结果均表明，当泡沫铝的孔结构是由大孔和小孔按一定的尺寸比和体积比组成时，相同的密度下，泡沫铝的强度和刚度显著提高，小孔与大7L的尺寸比和体积比分别在O．40～O．45和0．07～0．12之问是最优的。关键词：开孔泡沫铝：基体：力学性能：吸能性；动态压缩InfluenceofAlloying，PoreStructureandFilleronth

5、eCompressiveBehavioroftheOpen—CellAluminumFoamsAbstractThemechanicalbehaviorofaluminumfoamsisdeterminedbymechanicalpropertiesofthematrixmaterial，porestructureandrelativedensity．So，itisveryimportanttostudythevariationofthemechanicalbehaviorandpropertiesofthealuminumfoamswithth

6、efactorsaboveforthepurposeofoptimizingtheporestructure，furtherincreasingthemechanicalpropertiesandenergyabsorbingcapacityofthematerials．Themainpurposeofthispaperistoinvestigatetheinfluenceofalloyingofmatrix，porestructureandfillersoilthecompressivebehaviorandenergyabsorbingcap

7、acityofaluminumfoamswithquasi。staticanddynamiccompressiveexperiments．TheopencellfoamedcommercialpureA1，AlSil2，AISil2M90．4andAISi8Cul．6M90．4alloywerepreparedbytheinfiltratingprocessrespectively．TheinfluenceofalloyingelementssuchasSi，MgandCuonthecompressivepropertiesandenergyab

8、sorbingcapacityofthealuminumfoamswasstudiedbytheauasi—staticcompress