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.

泡沫铝夹芯板的三点弯曲疲劳性能

为探讨夹芯板结构准静态下的弯曲失效模式和疲劳性能,以304不锈钢为面板,7050铝合金基体闭孔泡沫铝为芯层,组成泡沫铝夹芯板结构。基于三点弯曲试验获得夹芯板结构损伤变形过程和静态峰值载荷。通过三点弯曲疲劳试验得到疲劳寿命和破坏形式,采用最小二乘法和极大似然法绘制夹芯板的S-N和P-S-N曲线,并进行对比分析。结果表明:夹芯板在静态加载时的弯曲失效与载荷-位移曲线相吻合;在疲劳加载时失效方式较为单一,90%的试件因芯层断裂而失效。夹芯板疲劳寿命随着面板厚度的增加而增加,当芯层密度从0.60 g/cm^(3)增加到0.73 g/cm^(3)时,疲劳寿命反而出现下降;当芯层密度为0.60 g/cm^(3),面板厚度为0.6 mm时,夹芯板结构对加载水平敏感度最低。研究结果为夹芯板结构工程应用提供了设计基础。

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。

泡沫铝夹芯板研究进展

泡沫铝作为特殊的结构和功能材料具有广泛的应用潜力,但因其本身强度较低而受到很大限制,通常将泡沫铝作为芯层,将致密金属板作为面板制成夹芯结构使用,以期实现材料在载荷下的最佳力学性能。泡沫铝夹芯板具有轻质、高比刚度和比强度等特殊性能,在航空航天、军工、建筑、交通等领域拥有广阔的应用前景。泡沫铝夹芯板是由面板和芯层组成的一种特殊复合材料,综合了泡沫铝和面板的优点,目前主要制备方法有胶结连接、表面热喷涂法、焊接连接、热压-粉末冶金发泡法。

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。

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。

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。

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。

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.

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。

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。

爆炸载荷下层级蜂窝铝夹芯板的动力响应分析

通过在正六边形蜂窝结构的节点上增加次级六边形蜂窝结构,形成一种层级蜂窝芯层结构,利用LS-DYNA有限元软件分析了层级蜂窝铝夹芯板在爆炸载荷作用下的动力响应和吸能特性,研究了载荷与芯层构型对结构变形和能量吸收的影响,并与传统蜂窝铝夹芯板进行了对比.结果表明:在所研究的范围内,当载荷较小时,传统蜂窝铝夹芯板的后面板挠度较小;当载荷较大时,多层级蜂窝铝夹芯板的后面板挠度较小,抗冲击能力较好,并且这种优势随着载荷的增加愈加明显;改变芯层层级参数对结构后面板挠度的影响较小,但对芯层比吸能有较大的影响,当层级参数为0.1时,芯层比吸能最高.

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。

钎焊方法制备泡沫铝/铝夹芯板的组织及性能

采用Al-Si钎料真空钎焊的方法制备了泡沫铝/铝夹芯板,对夹芯板钎焊界面处微观组织进行了金相、SEM形貌、EDS能谱分析,并对夹芯板弯曲力学性能进行了研究,分析了钎焊工艺参数对泡沫铝/铝焊缝微观组织及力学性能的影响.结果表明,在605~625℃温度下保温20 min,夹芯板钎缝中心区微观组织主要由α(Al)固溶体、块状CaAl2Si2化合物、骨骼状CaAl4组成;随着焊接温度的升高,钎料中合金元素向母材中扩散速度加快,块状CaAl2Si2分布更加均匀、分散,提高了焊缝中心区的韧性;当焊接温度为625℃时,泡沫铝/铝夹芯板抗弯强度达到最高的67. 97 MPa.

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。