泡沫铝填充钢铝复合管的静态压缩和吸能特性研究

提出一种以泡沫铝为填充材料、钢铝复合管为外侧覆层的泡沫铝填充钢铝复合管,并采用多孔泡沫材料Crushable-foam本构模型,在ABAQUS平台上模拟分析了钢铝复合管覆层结构对其压缩变形行为和能量吸收性能的影响规律。结果表明,泡沫铝填充钢铝复合管兼具有泡沫铝填充铝管的效用性、缓冲性、结构轻量化优势,以及泡沫铝填充钢管最大压缩位移小和能承受更高的冲击能量等方面的优势,且通过改变钢铝复合管的层厚比可实现压缩与吸能性能的柔性定制和性能强化,数值模拟结果与实验结果吻合良好,为汽车保险杠等缓冲结构设计提供了新的途径。

基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

圆形泡沫铝填充钢管静态压缩性能研究

通过实验研究了圆形泡沫铝填充钢管构件在静态压缩下的性能。对本试验范围内的结果进行分析可知,在外围钢管厚度较小时,在静态压缩过程中圆形泡沫铝填充钢管构件发生局部屈曲变形,压缩变形曲线现为弹性阶段和屈服平台阶段;在外围钢管厚度较大时,圆形泡沫铝填充钢管构件发生整体失稳,压缩曲线在经历弹性阶段后,进入弹塑性屈服阶段,到达峰值荷载后,构件承载力迅速下降。在试验基础上,提出了圆形泡沫铝填充钢管构件的平均压溃载荷和极限压溃载荷的设计公式,同时将试验结果与理论公式进行了比较,两者数值较为吻合。

基于熔体发泡法泡沫铝填充管力学性能研究

采用熔体发泡法制备闭孔泡沫铝,研究泡沫铝填充密度对铝合金薄壁管的压缩及吸能性能提升作用,对比提升效果,确定最佳密度参数;并在最佳密度的基础上设计三类不同截面的复合结构,研究填充管的截面结构对压缩性能及吸能性能的影响,确定最佳结构参数。采用万能试验机进行准静态压缩试验,并利用有限元模拟结果与试验结果相对比,验证数据准确性。结果表明:填充梯度泡沫铝会增加薄壁管的力学性能,如屈服强度、平均压溃载荷和吸能性能,降低曲线波动性,密度为0.480 5 g/cm3的闭孔泡沫铝表现出最优结果;二次试验中,复合结构能进一步提升薄壁管的力学性能,其中外方管内圆管的复合结构具有最高的屈服强度、平均压溃载荷以及吸能效果。

铝钢双金属液固复合铸造研究现状

随着资源短缺、环境污染等问题日益凸显,节能减排成为全世界追逐的目标,汽车工业中用轻质铝合金代替传统的钢或铸铁的趋势越来越明显。铝钢双金属兼具铝合金和钢或铸铁的性能优势,是极具潜力的缸体、活塞等发动机零部件材料。双金属复合铸造因具有工艺简单、结构受限小等优点而被广泛关注。铝钢液固双金属复合铸造的主要挑战包括基体表面易氧化、Al对Fe润湿性差和界面处形成硬脆金属间化合物,导致双金属结合性能不理想。近年来,研究人员在提高铝钢液固复合铸造双金属界面结合强度方面开展了大量研究。本文对常用的铝钢液固复合铸造工艺及其质量影响因素进行了概括,并总结了近年来铝钢液固复合铸造双金属界面相组成和演变过程的研究现状,最后对铝钢液固复合铸造在提高界面结合强度方面的研究进展进行了综述。在此基础上,本文对铝钢双金属液固复合铸造未来研究和发展方向进行了总结和展望。

泡沫铝复合结构隔声性能的仿真和实验研究

泡沫铝材料在交通运输、航天和建筑隔声等方面具有广阔的应用前景,然而单层泡沫铝其内部孔径和孔隙率不同严重影响了材料的隔声效果。构造两种复合结构,分别采用COMSOL软件仿真和实验室阻抗管测试两种手段对隔声性能进行了研究,结果表明:泡沫铝-玻璃纤维吸音棉复合结构在低频和中高频的隔声性能有一定的改进,而对于泡沫铝-三聚氰胺海绵复合结构,其隔声性能在各个频段均得到了极大提升,平均隔声量提升了将近6.8dB。

钢/铝双金属固-液复合工艺研究

研究冲击射流固-液复合法制备钢/铝复合材料,预先对钢基体表面预处理,在浇铸过程中改变钢基体的移动速度,使得铝液与钢基体产生不同程度强化换热作用。利用SEM、XRD、EDS及导热仪检测分析钢/铝复合层的组织形貌、成分及导热性,用万能力学试验机测量其剪切强度。实验结果表明,随着钢基体移动速度升高,铝液对钢基体冲击射流换热量减小,复合界面由Fe/Al金属间化合物组成,钢基体表面镀锌层起到了润湿、漫流、保护作用,有效提升了钢/铝之间结合强度。在浇铸温度810℃,钢基体移动速度为12 mm/s时,测得结合强度为19.1 MPa,测得最高热导率为88.23 W/(m·K)。

新型铝-钢复合材料制备工艺研究

采用爆炸焊接技术直接实现铝合金与钢材的有效连接,从而生产出新型铝-钢复合材料。爆炸焊接后复合材料外观完整,表面无烧灼、褶皱等缺陷,渗透检测结果显示:铝合金与钢材料结合良好,无分层、裂纹等缺陷。对复合材料进行微观组织和力学性能检测,以评估复合材料的结合质量,试验结果显示:铝合金与钢材料界面呈现波状结合,均匀无分层,但是波峰前端有断续的熔化块,个别熔化块内部有裂纹。力学性能检测结果显示:复合材料的平均剪切强度为74MPa,达到标准要求。弯曲试验结果表明:复合材料界面未出现分层和裂纹,结合质量良好。因此,这种新型铝-钢复合材料可以满足工程使用需求。

泡沫铝填充多胞薄壁圆锥管轴向耐撞性分析

建立了一款新型泡沫铝填充多胞圆锥管(aluminum foam-filled multi-cell conical tube, AFMCT)。基于LS-DYNA软件建立AFMCT有限元模型,采用准静态压缩实验验证,研究胞元数、锥角、壁厚以及泡沫铝密度等参数对AFMCT吸能特性的影响规律。结果表明:AFMCT具有较规整的变形模式,受结构参数的影响不大;壁厚的增大对结构吸能能力的影响最大;胞元数和锥角其次;泡沫铝密度影响最小。研究结果可为薄壁管吸能装置的设计提供参考。

矿用新型1061Al/DP980铝钢冶金复合板弯曲成型回弹分析

结合铝合金和钢材的优势,利用冶金结合手段制备矿用新型1061Al/DP980铝钢复合板,并将其作为测试对象,深入探讨了渐进成型阶段各项工艺参数下的回弹缺陷特点。研究结果表明:当单层下压量从2 mm降低到1 mm以及成型深度为15 mm条件下,回弹量降低20%;随着成型角由30°提高到60°,引起回弹量大幅降低;随着成型角降低,引起制件结构出现一定程度的弯曲回弹;将工具头外形从10 mm提高到20 mm后,形成了更大的回弹量。该研究有助于提高铝钢冶金复合板的力学性能,为后续的组织强化奠定一定的理论支撑。

用钢铝复合轨的形式解决刚性接触网异常磨耗

城市轨道交通目前多采用刚性架空接触网供电方式为电客车提供电能动力。刚性接触网运营成本低,可靠性高,维修简单,事故状态失效破坏范围小,但是刚性接触网磨损比较快,弓网磨耗严重将会大大减损接触网使用寿命,增加运营成本。以天津地铁6号线为例,提出用架空的钢铝复合轨代替刚性接触网的方式来改善接触网磨耗情况,促进弓网良好匹配,提高设备质量,保证设备安全。

钢铝复合辐条轮毂仿真分析与试验研究

主要介绍铝合金制轮辋和钢制辐条进行创造性连接方法,以达成铸造铝合金轮辐的造型多样、美观的属性,通过应用仿真软件进行弯曲疲劳、径向疲劳和13°冲击试验仿真分析,并将样件进行径向疲劳试验。仿真和试验结果表明,该复合轮毂试验结果合格,连接方法可行,具有推广使用价值。

城市轨道交通供电系统钢铝复合轨耐磨性试验方案研究

在介绍城市轨道交通供电系统钢铝复合轨耐磨性试验的要求和原方案基础上,依据CJ/T 414—2012《城市轨道交通钢铝复合导电轨技术要求》,结合受流器受流过程和钢铝复合轨磨耗情况,提出钢铝复合轨耐磨性试验新方案,并与钢铝复合轨耐磨性试验原方案进行对比分析,开展验证试验。试验结果表明:与钢铝复合轨耐磨性试验原方案相比,新方案试验条件、磨耗比计算模型与实际应用更接近,采用直接测量方法测量钢铝复合轨耐磨性试验前后高度,计算得到的磨耗比结果更加准确可靠。

钢铝复合轨拼配与焊接技术研究

钢铝复合轨道作为现代轨道交通领域的重要创新,能够提升轨道系统的性能,并带来环境和经济效益的提升。本文综合研究了钢铝复合轨拼配与焊接技术,重点关注了钢铝复合轨的概念、结构特性、及其材料特性。并深入探讨了摩擦搅拌焊和爆炸焊接两种焊接技术的差异以及他们在钢铝复合材料中的应用。希望本文能够为理解钢铝复合轨的制造过程提供了全面的视角。

钢铝复合副车架疲劳寿命分析与试验

为了准确建立钢铝复合副车架的有限元模型并用于疲劳寿命分析,文章以某型号混合动力钢铝复合洗扫车副车架为研究对象,选择刚性单元法近似模拟钢铝部件螺栓连接情况,并设计相应试验进行对比验证。结果表明,该方法在仿真分析中的准确性和可靠性,以此建立较为准确的钢铝复合副车架的疲劳寿命分析有限元模型,仿真分析求解得到结构的整体疲劳寿命基本满足预设的安全寿命标准,证实了有限元建模方法的准确性。

基体Si含量对粉煤灰/铝基复合泡沫显微组织及压缩性能的影响

本文熔炼制备了不同Si含量的Al-xSi-Cu-Mg-Ti-Mn铝合金铸棒,并以铝合金铸棒为基体合金,以粉煤灰空心微珠为填充剂,通过重力渗透工艺制备了粉煤灰/铝基复合泡沫材料。研究了基体Si含量对复合泡沫材料的显微组织和压缩吸能性能的影响。结果表明,复合泡沫中含有α-Al、Si、Al2O3、SiO2、Al2Cu、Ti7Al5Si12、Q-AlSiMnFe和AlSiFe相。随着基体Si含量的增加,复合泡沫的孔隙率由小变大再变小,孔隙率主要受到粗大长条Q-AlSiMnFe、AlSiFe和初生大块Si相数量的影响。复合泡沫材料的抗压强度先减小后增大,且在基体Si含量为13wt%时抗压强度最大,为118.36 MPa,对应的平均平台应力、比吸能和吸能能力均为最高,分别达到93.90 MPa, 31.42 kJ/kg和 66.48 MJ/m3,比吸能和吸能能力都远远超过了传统泡沫铝,表明所开发的铝基复合泡沫材料有望用于高速冲击碰撞的吸能减振缓冲材料。

泡沫铝填充钢/铝复合管轴向抗冲击吸能特性

为揭示泡沫铝填充复合材料的力学行为,本文以泡沫铝填充钢/铝复合管(Al-Foam filled clad tube,简称AlFFCT)为研究对象,采用多孔泡沫材料Crushable-foam本构模型,在ABAQUS平台上模拟分析了泡沫铝孔隙率、高径比、径厚比、界面结合状态和复合管层厚比等材料和结构参数对AI-FFTC吸能特性的影响。结果表明:泡沫铝孔隙率低于90%时,Al-FFCT的冲击屈曲模态均为轴对称变形,与结构参数无关;泡沫铝与复合管以及复合管组元间界面结合状态和层厚比对结构变形协调性和整体的抗冲击能力具有显著影响,可通过上述多个结构参数的组合匹配,实现综合吸能特性的柔性定制,比传统的泡沫铝填充管具有更大的设计空间,为汽车保险杠、吸能盒等缓冲结构设计提供了新的轻量化材料。

泡沫铝填充钢管轴向压缩性能和吸能能力研究

为了研究泡沫铝填充钢管轴向压缩性能,本文以泡沫铝填充钢管为研究对象,通过试验研究泡沫铝填充钢管构件在轴向准静态载荷条件下的承载能力和变化情况;同时通过有限元数值模拟对泡沫铝填充钢管的承载能力、变形模式、应力分布和能量吸收特性进行研究。研究表明:相比于纯钢管,泡沫铝填充钢管在轴力超过极限荷载之后,仍有较大的剩余承载力,整个压缩过程表现为稳态压缩;填充钢管轴向和侧向变形的幅度较小,填充钢管的变形无空腔的存在、大应力区也有所减小,轴压下的变形规律性更好,耗能能力更优。

热处理温度对铝-铝-钢与铝-钛-钢爆炸复合板界面组织与性能的影响

为评价铝-铝-钢与铝-钛-钢两种爆炸复合板的可靠性,对比了不同热处理温度条件下铝-钢和铝-钛结合界面性能稳定性与组织演变。采用箱式电阻炉对铝-铝-钢和铝-钛-钢两种复合板进行250~550℃保温1 h的热处理,对热处理后的材料进行剪切性能和拉脱性能测试,并借助SEM和HRTEM等手段对界面反应相进行表征。结果表明,铝-钛-钢复合板具有更加优异的耐热稳定性,在热处理温度的影响下,界面性能损伤量更小,损伤速度更慢。铝-铝-钢在450℃以上出现连续层状金属间化合物,其类型为Fe_(2)Al_(5)和Fe_(4)Al_(13);铝-钛-钢在500℃开始出现不连续的Ti-Al金属间化合物,550℃形成连续层状产物,其类型为TiAl_(3)。相同热处理温度条件下,铝-钢界面反应产物厚度远大于铝-钛界面反应产物厚度。同时,对钢-铝和钛-铝界面反应相形成的热力学和动力学进行了分析,发现钛-铝界面比钢-铝界面的反应驱动力更小,扩散反应速率更慢,这可能是铝-钛界面具有更优异组织与性能稳定性的主要原因。

钢板-泡沫铝-钢板新型复合结构降低爆炸冲击波性能研究

泡沫铝材料具有减振和吸收冲击能量的特点,但是单一的泡沫铝材料强度较低。为降低爆炸冲击荷载对框架底层柱的破坏,在两层钢板中间添加一层泡沫铝材料以构成多层复合抗爆结构,从而实现防爆和衰减冲击波的功能。当爆炸冲击波作用到复合结构时,泡沫铝产生塑性变形被压实,由于泡沫铝冲击波阻抗比较低,能够大大地削弱应力波的强度。在这个过程中,空气冲击波能量被减小,和单层材料相比,防爆能力得到提高。在研究过程中,主要进行了理论研究和LS-DYNA有限元动力分析,计算结果表明钢板—泡沫铝—钢板复合结构具有较好的吸能减振效果,可以运用到地面军事工程结构防爆设计中去,以提高地面军事建筑的战时生存能力。