Recerca sobre la mecànica plàstica de compressió dels materials metàl·lics d'escuma

Amb el desenvolupament de l'economia i el progrés de la societat, la tecnologia industrial s'ha desenvolupat ràpidament. El desenvolupament de materials compostos i l'exploració de nous materials són temes importants en l'àmbit industrial actual. Com a nou tipus de material, en comparació amb els materials metàl·lics tradicionals i els materials polímers porosos, l'escuma metàl·lica no només té les característiques dels materials funcionals, sinó que també té en compte les característiques dels materials estructurals. Té avantatges evidents i àmplies perspectives de desenvolupament. Actualment, els materials metàl·lics escumats s'han aplicat en molts camps com la indústria de l'automòbil, la indústria de la construcció i l'aviació, i s'han convertit en un dels temes clau de la investigació en el camp dels nous materials.

1. Característiques de l'escuma metàl·lica

El material d'escuma té un esquelet i porus metàl·lics. En comparació amb els materials metàl·lics tradicionals, té propietats bàsiques com ara la soldadura tradicional del metall i també té un gran nombre de porus interns. És precisament per l'existència d'aquests porus interns que l'escuma metàl·lica té els seus propis avantatges.

1.1 Permeable

Com que l'escuma metàl·lica té un gran nombre de porus, però el nombre de cèl·lules tancades també ocupa una gran proporció, perquè només l'estructura de porus{0}}permeables té permeabilitat, de manera que els porus tancats tenen una gran influència en la permeabilitat. Al mateix temps, la permeabilitat també està relacionada amb la mida de la mida dels porus i les propietats del permeat.

1.2 Reducció de soroll i absorció de cops

L'estructura del-forat passant existent a l'escuma metàl·lica pot convertir les ones sonores i les vibracions entrants en energia tèrmica i dissipar-la. El rendiment de la reducció de soroll i l'absorció de cops està directament relacionat amb l'alçada de la seva porositat i la mida del seu diàmetre. Al mateix temps, l'escuma metàl·lica és més duradora que l'amiant i altres materials, i té una major resistència i una millor resistència a la flama.

1.3 Conductivitat tèrmica

La conductivitat tèrmica de l'escuma metàl·lica és millor que la dels materials metàl·lics i inferior a la dels materials d'aïllament tèrmic, i la seva conductivitat tèrmica està directament relacionada amb la seva porositat. L'estructura de-cel·les tancades té un millor rendiment d'aïllament tèrmic que l'estructura de-forat passant. En condicions de convecció, augmentar la porositat i ampliar la mida dels porus pot millorar la capacitat de transferència de calor convectiva.

1.4 Propietats elèctriques

A causa de l'estructura dels porus, l'amortiment és molt bo. Si el polímer d'alt molecular s'omple als porus, les característiques d'amortiment es poden millorar eficaçment. Per a les escumes metàl·liques, les propietats d'amortiment estan directament relacionades amb la mida de la superfície.

2. Forma estructural dels materials d'escuma metàl·lica

Quan les persones estudien i utilitzen materials estructurals, primer han de tenir en compte les propietats mecàniques dels materials. Per tant, les propietats mecàniques són un paràmetre important per a l'avaluació del rendiment del material. Per dur a terme una-investigació en profunditat sobre les propietats mecàniques del propi material, primer cal que la gent entén l'estructura i la morfologia del material.

El cos principal del material d'escuma metàl·lica és l'esquelet metàl·lic i els porus, i els porus inclouen dos tipus de-forats-permitents i-cel·les tancades. L'estructura del-forat passant també s'anomena cel·la oberta, és a dir, un sol forat d'aire dins de l'escuma metàl·lica està obert i els forats d'aire estan connectats entre si. Els porus de l'estructura cel·lular-tancada estan tancats i independents entre si, i estan separats del metall original. Cal tenir en compte que les cèl·lules tancades i les cèl·lules obertes coexisteixen a la majoria d'estructures de contingut d'escuma metàl·lica.

L'estructura de suport del metall de pendent es pot dividir en parets de forats, costelles i juntes. A l'estructura de cèl·lules obertes-, els porus estan interconnectats i les parets dels porus aïllades estan incompletes, mentre que l'estructura de cèl·lules- tancades aïlla els porus per la paret del porus completa. Quan la paret del porus és molt més prima que la de la costella, la influència de la paret del porus sobre les propietats mecàniques generals del material d'escuma metàl·lica és molt feble i es pot considerar una estructura de cèl·lules quasi -obertes.

3. Propietats mecàniques compressives dels materials metàl·lics escumats

3.1 Comportament de la compressió estàtica

La corba de tensió-deformació del material d'escuma metàl·lica es divideix en tres etapes (vegeu la figura 1): la primera etapa és l'etapa de deformació elàstica, la segona etapa és l'etapa de l'altiplà de rendiment i la tercera etapa és el col·lapse. etapa de compactació. Al principi, la deformació és petita i el centrat de la tensió-deformació és elasticitat lineal; aleshores la tensió continua augmentant, i l'estrès es troba en una fase d'altiplà, gairebé en un estat de canvi constant o petit, i finalment, amb l'extrusió contínua dels forats interns del material metàl·lic d'escuma pressionat junts, el material es troba en un estat compactat amb un ràpid augment de la tensió. Sota l'acció de la força de compressió, el mecanisme de deformació del material d'escuma metàl·lica és principalment la flexió del prisma i la flexió i l'estirament de la pel·lícula de la paret del forat. Tanmateix, alguns forats del material són febles. Quan la tensió es concentra en una posició local, els forats originalment febles són triturats primer sota l'acció de l'extrusió, i després els forats adjacents són impulsats per continuar triturant-se, formant una transmissió seqüencial. La situació finalment va portar a la creació de la "zona de deformació". Amb l'expansió contínua de la "zona de deformació", quan l'expansió i la transmissió de la tensió de fallada afecta a tot el material, es manifesta com a trituració de tot el material. Es pot veure que la deformació plàstica compressiva del material d'escuma metàl·lica es destrueix successivament per la transferència de capes-per-capes.

Els resultats experimentals mostren que quan el material d'escuma metàl·lica està sotmès a la força de compressió, l'etapa de deformació elàstica és molt curta i, quan la tensió arriba al 2 per cent, entrarà en el període de l'altiplà de rendiment, és a dir, per a l'escuma metàl·lica. material, la tensió de fluència a la compressió i la tensió de l'altiplà de fluència són iguals.

3.2 Comportament dinàmic de la compressió

Les propietats d'absorció de cops-de l'escuma metàl·lica la converteixen en un bon material d'absorció de cops-i amortidor utilitzat en moltes ocasions. La recerca de les propietats mecàniques de l'escuma metàl·lica sota càrrega de compressió dinàmica és un tema candent en el camp dels nous materials. En comparació amb les propietats mecàniques sota càrregues de compressió estàtiques, les propietats mecàniques de les càrregues de compressió dinàmiques són més complexes. La compressió dinàmica ha de considerar completament una sèrie d'efectes dinàmics, inclosos els efectes inercials i els efectes de la velocitat de deformació. Segons el mecanisme de deformació per compressió del material metàl·lic escumat, la resistència a la fluència del material es millora quan la velocitat de tensió és més alta. Sota la condició de càrrega de compressió estàtica, el material d'escuma metàl·lica experimenta una deformació per compressió capa per capa i una capa de parets de porus pateix una deformació de flexió, és a dir, la primera etapa de deformació plàstica fins al col·lapse de la segona capa de porus. Sota l'acció, es col·lapsa capa per capa fins que tots els porus es dobleguen i es compacten a un grau dens. Aquest procés de deformació no és uniforme i és inestable en una part determinada. Aleshores, en condicions de càrrega de compressió dinàmica, la tensió augmenta i l'enfortiment del material es veu afectat principalment per dos factors. Una és que amb l'augment continu de la velocitat d'impacte, els porus de la superfície d'impacte es compacten més estretament, de manera que la tensió de fluència augmenta contínuament. L'altra és que la compressió dinàmica té una característica de localització destacada, que fa que la velocitat de tensió de la zona de deformació plàstica de compressió augmenti, i l'efecte de la micro-inèrcia dóna com a resultat la millora dels modes de deformació simètric i asimètric.