闭孔泡沫铝吸能特性与孔结构几何特征参数关系的实验研究

泡沫金属材料因存在独特的孔洞结构而具有轻质、高比强以及许多优良的功能特性，其在航空航天、军事和民用等领域的应用越来越多。除了对孔结构材料的制备工艺和性能控制进行研究外,人们也对其力学行为开展研究。由于制备工艺与基体材料的差异，以及泡沫胞孔的几何特征及孔的空间分布等具有随机性，所以泡沫金属材料在静、动载荷下的力学性能随空间或时间的变化具有一定的不确定性，因此在研究其力学性能方面,实验和理论研究上除了考虑宏观相对密度的影响外，还应开展胞孔结构影响的研究。因此，本项目将应用微CT与切片分割方法测量闭孔泡沫金属胞孔结构参数，用放大成像、高速摄像及图像跟踪处理技术研究其对不同外载的响应规律，统计分析与计算机仿真模拟研究孔结构参数不同荷载下的演化规律，建立用材料表面孔结构参数表征泡沫金属材料宏观力学性能的方法，进一步为制备和设计具有优异能量吸收本领和良好承载特性的闭孔泡沫铝材料和结构提供理论与实验支持

泡沫金属材料因存在独特的孔洞结构而具有轻质、高比强以及许多优良的功能特性，其在航空航天、军事和民用等领域的应用越来越多。本项目力图通过实验统计分析与计算机仿真模拟研究孔结构参数不同荷载下的演化规律，建立用材料表面孔结构参数表征泡沫金属材料宏观力学性能的方法，进一步为制备和设计具有优异能量吸收本领和良好承载特性的闭孔泡沫铝材料和结构提供理论与实验支持。.因此，本项目应用了微CT与切片分割方法测量，采用椭圆拟合技术对闭孔泡沫金属胞孔结构参数包括截孔的大小、形状和平面方位等进行实验统计研究；另一方面应用放大成像、双相机成像及采用时间序列图像相关方法跟踪处理技术研究单轴压缩荷载下试样的压缩强度与变形以及胞孔结构变化的规律，为更好理解泡沫铝结构单轴压缩过程中的结构整体变形与吸能机理提供了有效的观察方法和实验数据。.为了能更好的应用泡沫铝材料，本项目通过对8组尺寸不同孔隙率基本相同共31个闭孔泡沫铝试样单轴压缩条件下的力学性能进行了研究，考察了试件尺寸对力学性能的影响。获取的名义应力-应变曲线表明：闭孔泡沫铝的力学性能具有较为明显的尺寸效应。当厚度不变时，闭孔泡沫铝的屈服应力会随着压缩横截面的增大而有所提高；当压缩横截面不变时，闭孔泡沫铝的屈服应力先是随着试件厚度的增大而减小，然后趋向稳定。当试样厚度与孔径均值的比率超过7时，尺度效应不太明显。.对闭孔泡沫铝在准静态压缩荷载作用下的压缩实验，分别进行了二维平面和三维单胞有限元模拟分析，根据本项目实验研究使用的闭孔泡沫铝结构的特征，选择合适的单元并设定相关参数，建立二维以及三维有限元仿真模型。采用位移时间控制的方法，进行压缩模拟。研究中主要涉及了闭孔泡沫纯铝的有限元仿真模型的建立和不同孔形状和孔隙率模型与其力学性能的关系这两个方面内容。尽管这些研究结果与实际实验结果相差较大，但对实验研究结果的可靠性仍具有一定的验证作用。