【摘要】：泡沫鋁是一種新型的結(jié)構(gòu)和功能材料,因特殊的能量吸收特性而在工程領(lǐng)域具有很好的應用前景。為了研究基體材料對泡沫鋁力學性能和變形失效機理的影響,同時為工業(yè)泡沫鋁材料提供更具參考價值的性能指標,對工業(yè)上最常見的兩種不同基體(純鋁基體和7050鋁合金基體)的泡沫鋁材料進行了準靜態(tài)壓縮力學性能的試驗,并對其變形機理進行了分析。試驗結(jié)果表明,相同規(guī)格的7050基體泡沫鋁的壓縮力學性能高于純鋁基體泡沫鋁,能量吸收能力也遠大于純鋁基體泡沫鋁。純鋁基體泡沫鋁在壓縮載荷下呈現(xiàn)逐層坍塌、連續(xù)性破壞的模式,試件在完全壓實后呈碎渣;7050基體泡沫鋁表現(xiàn)出逐層坍塌、間斷式破壞的模式,試件在完全壓實后呈完整的塊狀。7050基體泡沫鋁的泡孔結(jié)構(gòu)比純鋁基體泡沫鋁均勻,力學性能更加穩(wěn)定。
【圖文】：

本次試驗中，７０５０基體泡沫鋁的彈性模量和屈服強度也表現(xiàn)出這種趨勢，但密度為０．５６ｇ／ｃｍ３的純鋁基體泡沫鋁的承載能力卻不及密度為０．４９ｇ／ｃｍ３的純鋁基體泡沫鋁。從實驗室的理論研究來看，這是不可能的，但是本研究所選擇的泡沫鋁材料是工業(yè)泡沫鋁。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，受到工藝的限制，導致泡沫鋁的發(fā)泡質(zhì)量無法與實驗室條件下制備的相比。本試驗中所使用的密度為０．５６ｇ／ｃｍ３的純鋁基體泡沫鋁的實際泡孔尺寸大于工藝標定參數(shù)，結(jié)構(gòu)分布不均勻，導致其力學性能下降。由圖２可以看出，純鋁基體泡沫鋁的泡孔分布雜亂，泡孔結(jié)構(gòu)不完整，而７０５０基體泡沫鋁的泡孔分布均勻，結(jié)構(gòu)基本呈完整的胞狀。因此，試驗中７０５０基體泡沫鋁的力學性能比純鋁基體泡沫鋁穩(wěn)定。由此可見，在實際選擇材料時，現(xiàn)有的工業(yè)泡沫鋁參數(shù)（密度、孔隙率、孔徑尺寸）是不足的，因為它們是由工藝參數(shù)決定的，不能有效地表征材料的使用性能。應該對每批次制備的材料進行力學性能測試，提供更可靠更實用的指標。圖２Ａｌ基體與７０５０基體泡沫鋁的宏觀結(jié)構(gòu)圖Ｆｉｇ．２ＭａｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｉｃｔｕｒｅｏｆＡｌ－ｍａｔｒｉｘａｎｄ７０５０－ｍａｔｒｉｘｆｏａｍｓ２．２泡沫鋁變形過程及坍塌機理圖３為純鋁基體泡沫鋁在本實驗中的壓縮變形過程。本實驗從眾多壓縮變形試件中選取了最具有代表性的一個試件進行純鋁基體泡沫鋁材料壓縮變形機理的分析。如圖３（ａ）所示，該試件沿高度方向具有一列排列整齊的泡孔，可以很好地反映該材料的壓縮變形過程。從圖３可以看出，純鋁基體泡沫鋁的變形過程和其應力－應變曲線是相互對應的。首先在線彈性階段（應變１％～６％的范圍內(nèi)），由于孔棱

，結(jié)構(gòu)基本呈完整的胞狀。因此，試驗中７０５０基體泡沫鋁的力學性能比純鋁基體泡沫鋁穩(wěn)定。由此可見，在實際選擇材料時，現(xiàn)有的工業(yè)泡沫鋁參數(shù)（密度、孔隙率、孔徑尺寸）是不足的，，因為它們是由工藝參數(shù)決定的，不能有效地表征材料的使用性能。應該對每批次制備的材料進行力學性能測試，提供更可靠更實用的指標。圖２Ａｌ基體與７０５０基體泡沫鋁的宏觀結(jié)構(gòu)圖Ｆｉｇ．２ＭａｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｉｃｔｕｒｅｏｆＡｌ－ｍａｔｒｉｘａｎｄ７０５０－ｍａｔｒｉｘｆｏａｍｓ２．２泡沫鋁變形過程及坍塌機理圖３為純鋁基體泡沫鋁在本實驗中的壓縮變形過程。本實驗從眾多壓縮變形試件中選取了最具有代表性的一個試件進行純鋁基體泡沫鋁材料壓縮變形機理的分析。如圖３（ａ）所示，該試件沿高度方向具有一列排列整齊的泡孔，可以很好地反映該材料的壓縮變形過程。從圖３可以看出，純鋁基體泡沫鋁的變形過程和其應力－應變曲線是相互對應的。首先在線彈性階段（應變１％～６％的范圍內(nèi)），由于孔棱的彎曲、延伸或收縮，孔壁發(fā)生延展。隨著應變的增大，孔壁沿著壓縮的方向起皺，產(chǎn)生裂紋，逐漸被壓實，如圖３（ｂ）—（ｄ）所示的第二層泡孔的變形過程。雖然試件的壓縮變形整體表現(xiàn)出從上往下逐層坍塌的現(xiàn)象，但由于泡沫體中存在一定的缺陷，如孔棱的彎曲和孔壁與孔棱的褶皺，使得泡沫鋁內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在應力集中，導致裂紋首先產(chǎn)生在應力集中的位置。如圖３（ｂ）、（ｃ）所示，第一層泡孔沒有發(fā)生坍塌，而由于第二層泡孔右側(cè)孔壁存在缺陷而首先產(chǎn)生裂紋，隨著位移的增大，圖３純鋁基體泡沫鋁的壓縮變形過程Ｆｉｇ．３ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＡｌ－ｍａｔｒｉｘｆｏａ

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