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开孔泡沫铝孔结构及力学性能研究

张立勇

  本文通过文献检索,简述了泡沫铝的主要制备方法、性能特点及应用领域,简要介绍了渗流法制备的泡沫铝的特点、在泡沫铝力学行为研究上所取得的成果,以及目前所存在的主要问题。在此基础上,本文主要研究了渗流法制备开孔泡沫铝中孔结构及参数的控制工艺,并着重对所制备的各种参数泡沫铝的压缩力学行为、冲击波衰减特性进行了研究。首先,采用渗流法制备了单一孔径、混合孔径及球形孔的开孔泡沫铝合金。研究了孔径尺寸及其混合方式、泡孔形状对泡沫铝相对密度的影响。结果表明,随着孔径的增大,泡沫铝相对密度增大;不同孔径相混合的孔结构可有效的降低泡沫铝的相对密度:与不规则孔结构泡沫铝相比,球形孔结构泡沫铝的相对密度更低。其次,采用ZL104合金制备了不同孔径和相对密度的开孔泡沫铝合金,并对其进行了准静态和动态压缩实验。研究了泡沫铝在不同应变率下的应力-应变响应特征、参数的变化对泡沫铝压缩力学性能及吸能性的影响。准静态实验的结果表明,孔径的变化对泡沫铝压缩力学性能的影响不显著,而随着相对密度的增大,泡沫铝压缩力学性能升高,相同应变量下吸能量上升;动态压缩实验结果表明,开孔泡沫铝硅合金具有明显的应变率效应,即随着应变率的提高,其屈服强度和流动应力均升高,因此,同样应变下所吸收的能量增加。另外,对制备过程中泡沫铝合金基体组织和性能的变化进行了研究,结果表明用渗流法制备的泡沫铝合金的基体显微组织粗大,力学性能低于相同材质的铝合金。然后,本文还研究了填充硅橡胶对泡沫铝力学行为的影响。采用向开孔泡沫铝中填入硅橡胶的方法制备出了含硅橡胶泡沫铝,并对其进行了不同应变率条件下的压缩实验。结果表明与单纯泡沫铝相比,含硅橡胶泡沫铝的压缩应变量显著增加,因此其吸能量上升,且在0.05~0.55的应变范围内,其理想吸能效率均能保持在0.6~0.7,因而显示了优异的吸能特性。此外,动态压缩实验还表明含硅橡胶泡沫铝具有非常明显的应变率效应。最后在一级轻气炮装置上对平均相对密度为0.33、孔径为0.75mm的泡沫铝进行了冲击波压缩实验,研究了泡沫铝对冲击波的衰减效应,并得到了这种参数泡沫铝的Hugoniot参数。结果表明开孔泡沫铝具有非常优异的冲击波衰减性能。全文最后对开孔泡沫铝孔结构及力学行为的研究工作进行了总结,并对进一步开展对开孔泡沫铝的研究工作进行了展望。……   
[关键词]:泡沫铝合金;孔结构;力学性能;应变率效应;冲击波衰减特性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:合肥工业大学2004年