【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(yīng)用前景。為了研究基體材料對(duì)泡沫鋁力學(xué)性能和變形失效機(jī)理的影響,同時(shí)為工業(yè)泡沫鋁材料提供更具參考價(jià)值的性能指標(biāo),對(duì)工業(yè)上最常見(jiàn)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(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能的試驗(yàn),并對(duì)其變形機(jī)理進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,相同規(guī)格的7050基體泡沫鋁的壓縮力學(xué)性能高于純鋁基體泡沫鋁,能量吸收能力也遠(yuǎn)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(shí)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(shí)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(xué)性能更加穩(wěn)定。
【圖文】：

本次試驗(yàn)中，７０５０基體泡沫鋁的彈性模量和屈服強(qiáng)度也表現(xiàn)出這種趨勢(shì)，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(shí)驗(yàn)室的理論研究來(lái)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(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，受到工藝的限制，導(dǎo)致泡沫鋁的發(fā)泡質(zhì)量無(wú)法與實(shí)驗(yàn)室條件下制備的相比。本試驗(yàn)中所使用的密度為０．５６ｇ／ｃｍ３的純鋁基體泡沫鋁的實(shí)際泡孔尺寸大于工藝標(biāo)定參數(shù)，結(jié)構(gòu)分布不均勻，導(dǎo)致其力學(xué)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(yàn)中７０５０基體泡沫鋁的力學(xué)性能比純鋁基體泡沫鋁穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，在實(shí)際選擇材料時(shí)，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?yàn)樗鼈兪怯晒に噮?shù)決定的，不能有效地表征材料的使用性能。應(yīng)該對(duì)每批次制備的材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，提供更可靠更實(shí)用的指標(biāo)。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(guò)程及坍塌機(jī)理圖３為純鋁基體泡沫鋁在本實(shí)驗(yàn)中的壓縮變形過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)從眾多壓縮變形試件中選取了最具有代表性的一個(gè)試件進(jìn)行純鋁基體泡沫鋁材料壓縮變形機(jī)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(guò)程。從圖３可以看出，純鋁基體泡沫鋁的變形過(guò)程和其應(yīng)力－應(yīng)變曲線是相互對(duì)應(yīng)的。首先在線彈性階段（應(yīng)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(yàn)中７０５０基體泡沫鋁的力學(xué)性能比純鋁基體泡沫鋁穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，在實(shí)際選擇材料時(shí)，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?yàn)樗鼈兪怯晒に噮?shù)決定的，不能有效地表征材料的使用性能。應(yīng)該對(duì)每批次制備的材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，提供更可靠更實(shí)用的指標(biāo)。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(guò)程及坍塌機(jī)理圖３為純鋁基體泡沫鋁在本實(shí)驗(yàn)中的壓縮變形過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)從眾多壓縮變形試件中選取了最具有代表性的一個(gè)試件進(jìn)行純鋁基體泡沫鋁材料壓縮變形機(jī)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(guò)程。從圖３可以看出，純鋁基體泡沫鋁的變形過(guò)程和其應(yīng)力－應(yīng)變曲線是相互對(duì)應(yīng)的。首先在線彈性階段（應(yīng)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(yīng)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(shí)，如圖３（ｂ）—（ｄ）所示的第二層泡孔的變形過(guò)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(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋首先產(chǎn)生在應(yīng)力集中的位置。如圖３（ｂ）、（ｃ）所示，第一層泡孔沒(méi)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(guò)程Ｆｉｇ．３ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＡｌ－ｍａｔｒｉｘｆｏａ

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