Badania nad mechaniką plastyczną sprężania materiałów piankowych metali

Wraz z rozwojem gospodarki i postępem społeczeństwa technologia przemysłowa szybko się rozwinęła. Rozwój materiałów kompozytowych i eksploracja nowych materiałów są ważnymi tematami w dzisiejszej dziedzinie przemysłu. Jako nowy rodzaj materiału, w porównaniu z tradycyjnymi materiałami metalowymi i porowatymi materiałami polimerowymi, pianka metalowa ma nie tylko cechy materiałów funkcjonalnych, ale także uwzględnia cechy materiałów konstrukcyjnych. Ma oczywiste zalety i szerokie perspektywy rozwoju. Obecnie spienione materiały metalowe zostały zastosowane w wielu dziedzinach, takich jak przemysł samochodowy, budowlany i lotniczy, i stały się jednym z kluczowych tematów badań w dziedzinie nowych materiałów.

1. Charakterystyka pianki metalowej

Materiał piankowy ma metalowy szkielet i pory. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami metalowymi ma podstawowe właściwości, takie jak tradycyjna spawalność metalu, a także ma dużą liczbę porów wewnętrznych. Właśnie ze względu na istnienie tych wewnętrznych porów metal piankowy ma swoje zalety.

1.1 Przepuszczalne

Ponieważ pianka metalowa ma dużą liczbę porów, ale liczba zamkniętych komórek zajmuje również dużą proporcję, ponieważ tylko struktura porów przelotowych ma przepuszczalność, więc zamknięte pory mają duży wpływ na przepuszczalność. Jednocześnie przepuszczalność jest również związana z wielkością wielkości porów i właściwościami permeatu.

1.2 Redukcja hałasu i amortyzacja wstrząsów

Struktura otworu przelotowego istniejąca w piance metalowej może przekształcać przychodzące fale dźwiękowe i wibracje w energię cieplną i rozpraszać ją. Skuteczność redukcji hałasu i amortyzacji wstrząsów jest bezpośrednio związana z wysokością jego porowatości i wielkością jego średnicy. Jednocześnie metal piankowy jest trwalszy niż azbest i inne materiały, ma wyższą wytrzymałość i lepszą ognioodporność.

1.3 Przewodność cieplna

Przewodność cieplna pianki metalowej jest lepsza niż materiałów metalowych i niższa niż przewodność materiałów termoizolacyjnych, a jej przewodność cieplna jest bezpośrednio związana z jej porowatością. Struktura zamkniętokomórkowa ma lepszą izolacyjność termiczną niż struktura przelotowa. W warunkach konwekcyjnych zwiększenie porowatości i zwiększenie wielkości porów może poprawić konwekcyjną zdolność wymiany ciepła.

1.4 Właściwości elektryczne

Ze względu na strukturę porów tłumienie jest bardzo dobre. Jeśli wysokocząsteczkowy polimer zostanie wypełniony porami, właściwości tłumiące można skutecznie poprawić. W przypadku pianek metalowych właściwości tłumiące są bezpośrednio związane z wielkością powierzchni.

2. Forma strukturalna metalowych materiałów piankowych

Kiedy ludzie studiują i używają materiałów konstrukcyjnych, muszą najpierw wziąć pod uwagę właściwości mechaniczne materiałów. Dlatego właściwości mechaniczne są ważnym parametrem oceny wydajności materiału. Aby przeprowadzić dogłębne badania nad właściwościami mechanicznymi samego materiału, ludzie muszą najpierw zrozumieć strukturę i morfologię materiału.

Głównym korpusem metalowego materiału piankowego jest metalowy szkielet i pory, a pory obejmują dwa rodzaje otworów przelotowych i zamkniętych komórek. Struktura otworu przelotowego jest również nazywana otwartą komórką, to znaczy pojedynczy otwór powietrzny wewnątrz metalu piankowego jest otwarty, a otwory powietrzne są ze sobą połączone. Pory struktury zamkniętokomórkowej są zamknięte i niezależne od siebie i są oddzielone od metalu macierzystego. Należy zauważyć, że zamknięte komórki i otwarte komórki współistnieją w większości struktur zawierających piankę metalową.

Strukturę nośną metalu nachylenia można podzielić na ściany otworów, żebra i połączenia. W strukturze otwartych komórek pory są ze sobą połączone, a izolowane ściany porów są niekompletne, podczas gdy struktura zamkniętych komórek izoluje pory przez całą ścianę porów. Gdy ściana porów jest znacznie cieńsza niż ściana żebra, wpływ ściany porów na ogólne właściwości mechaniczne metalowego materiału piankowego jest bardzo słaby i można go uznać za quasi-otwartą strukturę komórkową.

3. Ściskające właściwości mechaniczne spienionych materiałów metalowych

3.1 Statyczne zachowanie kompresji

Krzywa naprężenia-odkształcenia materiału z pianki metalowej jest podzielona na trzy etapy (patrz rysunek 1): pierwszy etap to etap odkształcenia sprężystego, drugi etap to etap plateau plastyczności, a trzeci etap to etap zagęszczania zapadania. Na początku szczep jest mały, a centrowanie naprężenia-odkształcenia jest elastycznością liniową; następnie szczep nadal rośnie, a naprężenie znajduje się w fazie plateau, prawie w stanie stałej lub niewielkiej zmiany, a na koniec, przy ciągłym wytłaczaniu wewnętrznych otworów materiału z metalu piankowego Sprasowany razem, materiał jest w stanie zagęszczonym z szybkim wzrostem naprężeń. Pod wpływem siły ściskającej mechanizm odkształcenia materiału z metalu piankowego polega głównie na zginaniu pryzmatu oraz gięciu i rozciąganiu folii ściennej otworu. Jednak niektóre otwory w materiale są same w sobie słabe. Gdy szczep jest skoncentrowany w pozycji lokalnej, pierwotnie słabe otwory są najpierw kruszone pod wpływem wytłaczania, a następnie sąsiednie otwory są napędzane, aby nadal były kruszone, tworząc sekwencyjną transmisję. Sytuacja ostatecznie doprowadziła do utworzenia "strefy deformacji". Wraz z ciągłym rozszerzaniem się "strefy odkształcenia", gdy rozszerzanie się i przenoszenie naprężeń powodujących awarię wpływa na cały materiał, objawia się to jako kruszenie całego materiału. Widać, że ściskające odkształcenie plastyczne metalowego materiału piankowego jest sukcesywnie niszczone przez przenoszenie warstwa po warstwie.

Wyniki eksperymentalne pokazują, że gdy materiał z pianki metalowej jest poddawany sile ściskającej, etap odkształcenia sprężystego jest bardzo krótki, a gdy odkształcenie osiągnie 2%, wejdzie w okres plateau plonu, to znaczy dla materiału pianki metalowej, Naprężenie plastyczności ściskającej i naprężenie plateau plonu są równe.

3.2 Dynamiczne zachowanie kompresji

Właściwości amortyzujące piankę metalową sprawiają, że jest to dobry materiał amortyzujący i buforujący stosowany w wielu okazjach. Badanie właściwości mechanicznych pianki metalowej pod dynamicznym obciążeniem ściskającym jest gorącym zagadnieniem w dziedzinie nowych materiałów. W porównaniu z właściwościami mechanicznymi przy statycznych obciążeniach ściskających, właściwości mechaniczne dynamicznych obciążeń ściskających są bardziej złożone. Kompresja dynamiczna musi w pełni uwzględniać szereg efektów dynamicznych, w tym efekty inercyjne i efekty odkształcenia. Zgodnie z mechanizmem odkształcania ściskającego spienionego materiału metalowego, granica plastyczności materiału poprawia się, gdy szybkość odkształcenia jest wyższa. Pod warunkiem statycznego obciążenia ściskającego materiał pianki metalowej ulega deformacji ściskającej warstwa po warstwie, a jedna warstwa ścian porów ulega deformacji zginania, czyli pierwszemu etapowi odkształcenia plastycznego do zapadnięcia się drugiej warstwy porów. Pod akcją zapada się warstwa po warstwie, aż wszystkie pory zostaną wygięte i zagęszczone w gęstym stopniu. Ten proces deformacji nie jest jednolity i jest niestabilny w pewnej części. Następnie w warunkach dynamicznego obciążenia ściskającego naprężenie wzrasta, a na wzmocnienie materiału wpływają głównie dwa czynniki. Jednym z nich jest to, że wraz z ciągłym wzrostem prędkości uderzenia pory na powierzchni uderzenia są mocniej zagęszczane, dzięki czemu naprężenie plastyczne stale wzrasta. Drugim jest to, że kompresja dynamiczna ma wyraźną cechę lokalizacji, która powoduje wzrost szybkości odkształcenia strefy odkształcenia plastycznego sprężania, a efekt mikrowładności powoduje wzmocnienie symetrycznych i asymetrycznych trybów deformacji.