泡沫铝夹芯板重复击穿塑性响应及失效破坏

文中基于泡沫铝夹芯板的重复冲击实验,研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响,并分析了其变形累积和能量耗散特性.结果表明:冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式,进而影响夹芯板的失效破坏模式.当α为0.2时,夹芯板主要产生局部凹陷,芯层通过局部压缩耗散能量,正面板首先发生破坏;当α达到0.4时,夹芯板主要产生整体弯曲和拉伸,芯层通过整体压缩耗散能量,背面板首先发生破坏.α越大,碰撞力峰值越大,碰撞时间越短,夹芯板的抗击穿次数越大.冲击能量越大,夹芯板在重复冲击下的能量恢复系数越小.

基于石墨涂层传热技术制备界面冶金结合泡沫铝夹芯板

提出一种通过石墨涂敷处理(GCT)泡沫铝夹芯板(AFS)前驱体来提高其在粉末冶金发泡过程中传热效率的新方法。研究不同传热方法的升温和膨胀特征以及对泡孔结构和抗弯性能的影响。结果表明,前驱体在采用GCT后,升温速度增加近2倍,这提高了AFS的膨胀率、改善了泡孔尺寸均匀性和外部面板形态。此外,在发泡后期阶段具有更加平稳的升温速率,这有助于提高泡孔圆度,并减少泡壁内微孔缺陷。这些改变使AFS的弯曲强度和吸能性能得以显著提高。值得注意的是,因为热传递速率不受板幅尺寸的影响,GCT技术在大尺寸AFS的生产中具有巨大潜力。

泡沫铝夹芯板重复击穿响应及冲头形状影响研究

在船舶与海洋工程领域,重复冲击是较为常见的载荷工况,船体结构在重复冲击载荷作用下会出现变形和损伤累积,导致结构失效甚至破坏。本文开展了泡沫铝夹芯板重复击穿实验,研究了重复击穿过程中夹芯板的失效破坏以及能量耗散特性;同时分析了冲头形状对泡沫铝夹芯板重复击穿动态响应和能量吸收的影响机理。研究表明:上面板出现裂纹之后,夹芯板仍具有较强的剩余承载能力;根据面板、芯层失效破坏特性可以将泡沫夹芯板的击穿过程划分为三个典型阶段,即上面板破裂、芯层压缩和下面板撕裂,三个阶段的动态响应和吸能机理存在较大区别;对于楔形冲头和柱形冲头重复冲击而言,夹芯板的上面板失效主要是剪切破坏,而对于球形冲头则主要是拉伸导致破坏;在球形冲头冲击作用下,泡沫铝夹芯板塑性能耗散最多,其抗击穿次数最大。

泡沫铝夹芯板的低速冲击行为与仿真模拟

采用包套轧制-粉末冶金发泡工艺,制备了具有冶金结合界面的三明治型闭孔泡沫铝夹芯板;通过落锤冲击实验,研究了在不同的冲击能量和面板厚度下泡沫铝夹芯板的冲击损伤过程.结果表明:当冲击能量由60 J增加到120 J时,峰值载荷由5998.55 N增加到6502.86 N,增幅达8.41%,基体损伤区域增大;当冲击能量为90 J时,可通过适当增加上、下面板的厚度来提高泡沫铝夹芯板的抗冲击性能.利用有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板低速冲击过程的数值模型,并通过实验结果验证了数值计算结果的可靠性,为设计新型的轻质、高抗冲击性能泡沫铝夹芯结构提供了理论依据.

泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度影响研究

为了确定泡沫铝夹芯板的厚度与防爆墙侵彻深度的关系,采用理论、实验和数值模拟相结合的方法对破片冲击防爆墙的过程进行了系统研究。首先,采用一级轻气炮和应变测试系统,测得破片冲击防爆墙的侵彻深度并得到破片冲击防爆墙过程中的速度衰减规律,为数值计算中本构模型、材料参数的合理选择提供了依据;其次,通过一维波动理论计算了不同材料的波阻抗,分析并得到了较为合理的材料结构形式,为数值计算的工况设计提供了依据;最后,采用数值模拟方法系统分析了破片侵彻防爆墙的过程,获得了泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度的影响规律。研究结果表明:破片侵彻深度随着初始速度的增大呈先增大后减小再增大的趋势,临界速度分别为800 m/s和1500 m/s;破片侵彻深度的临界速度随着泡沫铝夹芯板厚度的增加出现“滞后”效应;单位面积吸收的能量与破片侵彻深度呈负相关,单位面积吸收的能量越多,破片的侵彻深度越小。该成果对合理设计防爆墙结构以及有效提高其对破片的防护能力具有一定的指导作用。

T6热处理工艺对泡沫铝夹芯板压缩性能的影响

已经制备成型的泡沫铝夹芯板无法通过改变界面结合方式、芯层宏观结构等方法来优化性能,可通过热处理来改变泡沫铝芯层的微观结构,从而改善夹芯板的力学性能。本研究采用L9(34)正交试验探究T6热处理的固溶时间、固溶温度、时效温度、时效时间对泡沫铝夹芯板压缩性能的影响。试验结果表明,固溶温度大于510℃,固溶时间为4 h时会显著改变芯层泡壁的微观结构。最佳的热处理工艺是510℃固溶处理4 h,165℃时效处理8 h,可使夹芯板坍塌强度提高27%,吸能效率提高22%。本研究的结论可供工业化生产借鉴。

镁的添加对制备泡沫铝夹芯板泡孔稳定性的影响

通过粉末-铝板复合轧制方法制备出一种界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板。分别采用对发泡剂的处理和添加Mg元素的方法来提高芯材泡沫的稳定性。研究发现只有同时对发泡剂处理以及添加Mg元素才能够提高泡沫的稳定性。研究了此种方法中重要的泡沫稳定机制,Mg元素的添加改善了铝硅合金粉末原料生产过程中产生的氧化物颗粒在孔壁上的润湿性,使氧化物颗粒嵌入孔壁中,阻碍了孔壁上金属排液现象的产生,有效的起到稳定泡孔的作用。

冰雹撞击下泡沫铝夹芯板的动态响应

在传统单层泡沫夹芯结构的上、下面板之间插入中面板,通过移动中面板的位置,获得了外形尺寸相同、质量相等的5种构型夹芯结构,其上层芯材与芯材总厚度比分别为0∶30、10∶30、15∶30、20∶30和30∶30。在量纲分析的基础上,应用非线性动力有限元程序LS-DYNA对5种构型夹芯结构进行了冰雹撞击数值分析,研究了中面板位置对夹芯板的能量吸收、能量耗散和动态响应的影响。结果表明:中面板的存在对下层芯材能形成有效的保护;随着中面板位置由上向下移动,夹芯板的抗撞击性能呈现由大到小再增大的态势。数值计算结果对抗冰雹撞击夹芯结构的优化设计具有一定的参考价值。

泡沫铝夹芯板的制备技术

泡沫金属是一类具有低密度以及新奇的物理、力学、电学、声学等特殊性能的新型材料。而泡沫铝的潜在用途之一是作为泡沫铝夹芯板的芯材使用。详细介绍了制备泡沫铝夹芯板的不同方法,如胶粘法、超声焊接法、激光协助发泡法、扩散焊接法、面板与预制材料轧制-包覆法和粉末复合轧制法等。通过比较,在国内粉末复合轧制法工艺简单,是最有希望适合高温作业和大批量生产的方法。

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.

泡沫铝夹芯板制备及其冲击性能研究

采用复合轧制的方法,即将带有发泡剂的混合粉末置于两铝面板之间进行复合轧制使之成为预制发泡体,然后再在炉中发泡的方法,制备界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板,通过摆锤冲击实验,研究界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板与胶接夹芯板的冲击性能的区别。结果表明,胶接界面冲击后发生开裂,冶金结合的界面冲击后并没有发生开裂现象,界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板的抗冲击性要比胶接的好。冶金结合界面夹芯板,孔隙率较大的抗冲击性比孔隙率较小的好。

泡沫铝夹芯板动态抗侵彻性能的实验研究

本文研究了铝板-泡沫铝夹芯板的抗侵彻性能。设计了铝板-泡沫铝夹芯复合材料板,采用SHPB设备,测试了不同子弹冲击速度下纯铝板和泡沫铝夹芯板的动态响应,并研究了其破坏形态。结果表明应力波在纯铝板中的传播与在铝板-泡沫铝夹芯板中的传播有很大差异,由于泡沫铝的粘性效应使应力波在传播过程中有明显的波幅衰减现象。实验结果表明,铝板-泡沫铝夹芯板相对于纯铝板具有不同的破坏形态。由于铝板-泡沫铝夹芯板的特殊结构和性能,使其具有良好的抗侵彻性能。

拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响

泡沫铝材料是一种典型的拉压双模量材料,即受拉与受压时弹性模量不同。使用ABAQUS有限元软件对泡沫铝夹芯板的三点弯曲行为进行了模拟。首先,对泡沫铝芯层采用可压缩泡沫模型,通过对芯层的受拉区和受压区采用不同的弹性模量来讨论拉压弹性模量差异对夹芯板三点弯曲行为的影响。同时,在泡沫铝压缩响应一致的情况下,对可反映拉压弹性模量差异的孔洞模型和未考虑拉压弹性模量差异的可压缩泡沫模型的夹芯板三点弯曲模拟结果进行了比较。研究表明,泡沫铝芯层的弹性模量对夹芯板的三点弯曲行为模拟有较大影响。若不考虑泡沫铝拉压弹性模量的差异,得到的夹芯板三点弯曲情况下的加载刚度和屈服荷载明显偏低。

泡沫铝夹芯板的粉末冶金制备工艺

采用包套轧制法成功制备出了泡沫铝夹芯板,该工艺使泡沫铝夹芯板的面板与芯层达到了冶金结合.重点研究了发泡参数对泡孔生长的影响及泡孔的演变行为.结果表明:发泡温度、冷却速度与最终的发泡效果密切相关.发泡过程中,夹芯板芯层泡孔经历了气泡的形核、长大和合并等过程.

粘接界面泡沫铝夹芯板的三点弯曲失效数值模拟

对粘接界面泡沫铝夹芯板三点弯曲载荷下的变形特性进行了实验和数值模拟方面的研究。基于有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板的三维有限元模型,应用内聚力模型对三点弯曲过程中典型的破坏模式——面板与芯层的界面脱粘给予了合理的模拟,模拟所得的结果与实验结果比较吻合。并在此基础上分析了面板和芯层厚度对夹芯板承载能力和吸收能量能力的影响。结果表明,增加芯层的厚度能够更大程度上提高泡沫铝夹芯板的承载能力和吸收能量的能力。

面板材料及芯层厚度对泡沫铝夹芯板弯曲性能的影响

采用静态三点弯曲加载方式对粘结法制备的泡沫铝夹芯板的力学性能进行研究,通过实验分析不同面板材料和芯层厚度对夹芯板弯曲性能、能量吸收以及失效模式的影响。结果表明:泡沫铝夹芯板的抗弯极限载荷值及吸能性能由面板材料和芯层厚度共同作用,随着芯层厚度的增加,极限载荷强度有所提高,铝面板泡沫铝夹芯板的极限载荷强度和能量吸收能力的增加远高于钢面板的夹芯板;失效模式主要有压入、芯层剪切和面板屈服。

双层泡沫铝夹芯板抗滚石冲击结构性能优化研究

在山区桥墩抗滚石冲击领域中,防护结构优良的耗能性能是保证桥墩安全稳定的关键。为此,引入泡沫铝夹芯结构,通过MTS压缩试验与动力有限元分析芯体厚度变化对夹芯板耗能性能的影响。结果表明:相比于单层泡沫铝夹芯板,相同压载条件下双层泡沫铝夹芯板具有更优良的耗能能力;对于双层泡沫铝夹芯板,一定程度上增大上下层泡沫铝芯体厚度均可有效提升夹芯板耗能性能,然而,当芯体厚度增大到一定值时,夹芯板耗能性能不再显著提升;双层泡沫铝夹芯板上下层厚度的最优化比例为3:2。上述研究成果已应用于S303映(秀)-卧(龙)公路青岗坪渔子溪大桥桥墩,防护效果显著。

空中水下爆炸条件下泡沫铝夹芯板的消波吸能效应

为研究泡沫铝夹芯板在空中与水下爆炸条件下的消波吸能效应,建立空中与水下爆炸冲击有限宽泡沫铝夹芯板的全耦合模型,从爆炸冲击波的反射、透射、绕射及汇聚过程入手,对比分析爆炸冲击波在空气和水中的传播与衰减规律,探讨泡沫铝厚度对夹芯板消波效应的影响。结果表明,泡沫铝夹芯板对空中及水下爆炸均有较好的消波吸能效果;受冲击波绕射及板后汇聚影响,空气和水2种介质中的抗爆设防应以近距离为主;为增强消波效果及芯层的吸能效果,应优先选择芯层较厚的泡沫铝夹芯板。

粉末包套轧制工艺对泡沫铝夹芯板制备的影响

采用粉末包套轧制法成功制备出泡沫铝夹层板，通过对粉末包套轧制工艺的研究，结合SAYN—CG90数码相机和扫描电镜（SEM）等检测方法系统研究了初始密度和压下率对制备可发泡预制体的影响，以及泡沫铝夹层板的泡孔结构的影响，结果表明：当初始密度大于2．40g／cm^2，压下率为65％～75％的时候，可以获得面板表面良好，粉体均匀、致密的预制坯，并且实现面板与芯层的有效结合，最终获得泡孔结构完整和均匀的泡沫铝夹芯板。

泡沫铝夹芯板芯材发泡的研究

泡沫铝夹芯板不仅克服了单一泡沫铝材料强度较低的缺点；而且还具有泡沫铝材料的诸多特殊性能，是一种非常有发展潜力的材料之一。通过复合轧制的方法制备了冶金结合的界面的泡沫铝夹芯板。研究表明，早期发泡的孔隙主要以横向方向长扁孔为特征，主要是长扁孔的形成与扩展。通过对泡沫铝芯材在不同的工艺参数下进行发泡得出通过本实验的最佳混料时间为2h，轧制压下率为60％～70％，发泡温度在620～630℃之间，发泡时间在8～10min。