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开孔泡沫铝孔结构及力学性能研究

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致谢

第一章绪论

1.1多孔材料的发展

1.2金属泡沫材料的结构特征

1.3金属泡沫材料的性能特点

1.3.1力学及吸能特性

1.3.2阻尼性能

1.3.3吸声性能

1.3.4电磁屏蔽性能

1.3.5热物理性能

1.3.6其他性能

1.4金属泡沫材料的应用领域

1.4.1轻质结构材料

1.4.2冲击吸能及防护材料

1.4.3阻尼及吸声材料

1.4.4功能材料的应用

1.5金属泡沫材料的制备方法

1.5.1加压渗流铸造法

1.5.2金属氢化物发泡法

1.5.3溶模铸造法

1.5.4空心球铸造法

1.5.5同轴喷嘴法

1.6本文所做工作及实际意义

1.7本章小结

第二章开孔泡沫铝结构控制工艺

2.1引言

2.2实验方法

2.2.1食盐颗粒的准备

2.2.2球形食盐颗粒的制备

2.2.3颗粒堆积密度的测量

2.2.4开孔泡沫铝的制备及参数的测量

2.2.5开孔泡沫铝孔结构的观察

2.3实验结果及分析

2.3.1不规则颗粒的尺寸、组成对其堆积密度的影响

2.3.2不规则颗粒的尺寸、组成对泡沫铝相对密度的影响

2.3.3球形颗粒堆积密度及其对泡沫铝相对密度的影响

2.4本章小结

第三章开孔泡沫铝合金的力学性能

3.1引言

3.2实验方法

3.2.1泡沫铝试样的制备及其密度测量

3.2.2准静态压缩实验设备及方法

3.2.3动态压缩实验原理及方法

3.2.4泡沫铝基体材料的组织、性能分析

3.3实验结果及分析

3.3.1准静态压缩实验结果

3.3.2泡沫铝动态压缩实验结果

3.4本章小结

第四章填充硅橡胶泡沫铝的力学行为

4.1引言

4.2实验方法

4.2.1试样制备

4.2.2压缩实验方法

4.3准静态实验结果及分析

4.3.1准静态压缩σ-ε特征

4.3.2准静态压缩吸能特性

4.4动态实验结果及分析

4.4.1动态压缩σ-ε特征

4.4.2含硅橡胶泡沫铝的应变率效应

4.4.3动态压缩吸能特性

4.5本章小结

第五章泡沫铝的冲击波衰减特性

5.1引言

5.2实验方法及原理

5.2.1冲击波在材料中的作用原理

5.2.2轻气炮装置及原理

5.2.3实验材料及规格

5.3实验结果及分析

5.3.1原始电压信号

5.3.2粒子速度曲线

5.3.3泡沫铝的Hugoniot参数

5.3.4冲击波峰值应力衰减情况

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1本文工作总结

6.2需进一步研究的问题

参考文献

硕士期间发表论文

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摘要

该文通过文献检索,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,该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,该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.

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