泡沫铝三明治结构与其力学性能的试验研究

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泡沫铝材料是一种以铝或铝合金为基体,内部含有大量孔隙的新型多功能材料。泡沫铝材料单独使用时无法很好地满足结构强度、刚度等要求,多数情况是与传统的致密金属相结合形成三明治结构。近几年,关于泡沫铝材料在弯曲载荷作用下的力学性能和破坏机理的研究越来越受到人们的关注。  本文采用实验研究和理论分析相结合的方法,研究闭孔泡沫铝压缩力学性能、泡沫铝三明治梁在三点弯曲荷载作用下的变形失效模式以及芯材厚度、加载跨距、孔隙结构对其弯曲性能的影响。主要工作及研究成果如下:  1、以东南大学材料工程系制备的闭孔泡沫铝为研究对象,通过准静态压缩试验获得应力-应变曲线,发现随着密度的增加,材料的屈服强度在一定程度上呈现上升趋势,应力平台段的长度却随之缩短。分析泡沫铝的吸能特性并给出吸能效率和理想吸能效率图,表明泡沫纯铝是一种理想的吸能材料。对于低密度泡沫铝,在相同的应变下,泡沫铝吸收的能量是随着密度的增加而增大。在相同的应力作用下,泡沫铝的吸能性能需根据实际情况选择合适的相对密度。  2、以东南大学材料工程系制备的闭孔泡沫铝三明治梁为研究对象,通过三点弯曲试验分析其失效模式,在此基础上建立失效模式图,对失效模式进行理论预测。针对此试验中泡沫铝试样发现,当加载跨距、孔隙结构一定时,芯材越厚,极限承载能力越大,面板屈服断裂的可能性减小,压头压入的可能性增大;当芯材厚度、孔隙结构一定时,跨距越大,极限承载能力越小,面板屈服断裂的可能性越大,压头压入式的可能性越小;当跨距、芯材厚度一定时,类球形泡沫铝三明治梁的承载能力比多面形泡沫铝三明治梁高。选取合适的三明治结构优化设计的评判指标,可为泡沫铝三明治结构的应用和设计提供理论依据。
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