Raziskave kompresijske plastične mehanike materialov iz penaste kovine

Z razvojem gospodarstva in napredkom družbe se je industrijska tehnologija hitro razvijala. Razvoj kompozitnih materialov in raziskovanje novih materialov sta pomembni temi današnjega industrijskega področja. Kot nova vrsta materiala v primerjavi s tradicionalnimi kovinskimi materiali in poroznimi polimernimi materiali kovinska pena nima le značilnosti funkcionalnih materialov, ampak upošteva tudi značilnosti konstrukcijskih materialov. Ima očitne prednosti in široke razvojne možnosti. Materiali iz penaste kovine se danes uporabljajo na številnih področjih, kot so avtomobilska industrija, gradbena industrija in letalstvo, in so postali ena ključnih tem raziskav na področju novih materialov.

1. Značilnosti kovinske pene

Penasti material ima kovinski skelet in pore. V primerjavi s tradicionalnimi kovinskimi materiali ima osnovne lastnosti, kot je tradicionalna varivost kovin, in ima tudi veliko število notranjih por. Prav zaradi obstoja teh notranjih por ima penasta kovina svoje prednosti.

1.1 Prepustno

Ker ima kovinska pena veliko število por, vendar je velik delež tudi število zaprtih celic, saj ima prepustnost le struktura skozi{0}}skoznih por, zato imajo zaprte pore velik vpliv na prepustnost. Hkrati je prepustnost povezana tudi z velikostjo velikosti por in lastnostmi permeata.

1.2 Zmanjšanje hrupa in blaženje udarcev

Struktura skozi{0}}odprtine, ki obstaja v kovinski peni, lahko pretvori dohodne zvočne valove in vibracije v toplotno energijo in jo razprši. Učinkovitost zmanjševanja hrupa in absorpcije udarcev je neposredno povezana z višino njegove poroznosti in velikostjo njegovega premera. Hkrati je penasta kovina bolj trpežna od azbesta in drugih materialov ter ima večjo trdnost in boljšo odpornost proti ognju.

1.3 Toplotna prevodnost

Toplotna prevodnost kovinske pene je boljša kot pri kovinskih materialih in nižja kot pri toplotnoizolacijskih materialih, njena toplotna prevodnost pa je neposredno povezana z njeno poroznostjo. Zaprta{0}}konstrukcija ima boljšo toplotno izolacijo kot struktura skozi{1}}odprtine. V konvektivnih pogojih lahko povečanje poroznosti in razširitev velikosti por izboljšata zmogljivost konvektivnega prenosa toplote.

1.4 Električne lastnosti

Zaradi strukture por je dušenje zelo dobro. Če je visokomolekularni polimer napolnjen v pore, se lahko lastnosti dušenja učinkovito izboljšajo. Pri kovinskih penah so lastnosti dušenja neposredno povezane z velikostjo površine.

2. Strukturna oblika kovinskih penastih materialov

Ko ljudje preučujejo in uporabljajo strukturne materiale, morajo najprej upoštevati mehanske lastnosti materialov. Zato so mehanske lastnosti pomemben parameter za oceno učinkovitosti materiala. Za izvedbo-poglobljenih raziskav mehanskih lastnosti samega materiala morajo ljudje najprej razumeti strukturo in morfologijo materiala.

Glavni del materiala iz kovinske pene so kovinski skelet in pore, pore pa vključujejo dve vrsti skoznjih-luknin in zaprtih-celic. Struktura skozi{2}}odprto luknjo se imenuje tudi odprta celica, to pomeni, da je ena zračna luknja znotraj penaste kovine odprta, zračne luknje pa so med seboj povezane. Pore ​​zaprte-celične strukture so zaprte in neodvisne ena od druge ter so ločene od matične kovine. Treba je opozoriti, da zaprte celice in odprte celice sobivajo v večini struktur vsebine kovinske pene.

Nosilno konstrukcijo iz naklonske kovine lahko razdelimo na stene lukenj, rebra in sklepe. V strukturi odprtih-celic so pore med seboj povezane in izolirane porne stene so nepopolne, medtem ko zaprta-celična struktura izolira pore s celotno steno por. Kadar je stena por veliko tanjša od stene rebra, je vpliv stene por na splošne mehanske lastnosti materiala iz kovinske pene zelo šibek in ga lahko obravnavamo kot kvazi-odprtocelično strukturo.

3. Kompresijske mehanske lastnosti penastih kovinskih materialov

3.1 Statično kompresijsko obnašanje

Krivulja napetosti-deformacije materiala iz kovinske pene je razdeljena na tri stopnje (glej sliko 1): prva stopnja je faza elastične deformacije, druga faza je stopnja platoja tečenja in tretja faza je kolaps stopnja zbijanja. Na začetku je deformacija majhna, centriranje napetosti-deformacije pa je linearna elastičnost; potem se deformacija še naprej povečuje in napetost je v fazi platoja, skoraj v stanju stalne ali majhne spremembe, in končno, z neprekinjenim iztiskanjem notranjih lukenj materiala iz penaste kovine, stisnjenega skupaj, je material v stisnjeno stanje s hitrim naraščanjem stresa. Pod delovanjem tlačne sile je mehanizem deformacije materiala iz penaste kovine predvsem upogibanje prizme ter upogibanje in raztezanje stenske folije lukenj. Vendar pa so nekatere luknje v materialu same po sebi šibke. Ko se napetost koncentrira v lokalnem položaju, se prvotno šibke luknje najprej zdrobijo pod delovanjem iztiskanja, nato pa se sosednje luknje poganjajo, da se še naprej drobijo, kar tvori zaporedni prenos. Situacija je sčasoma privedla do nastanka "deformacijske cone". Pri nenehnem širjenju "deformacijske cone", ko raztezanje in prenos lomne napetosti vplivata na celoten material, se kaže kot drobljenje celotnega materiala. Vidimo lahko, da se tlačna plastična deformacija materiala iz kovinske pene zaporedno uniči s plastjo-s-slojnim prenosom.

Eksperimentalni rezultati kažejo, da ko je material iz kovinske pene izpostavljen tlačni sili, je faza elastične deformacije zelo kratka, in ko deformacija doseže 2 odstotka, bo vstopila v obdobje platoja izkoristka, to je za kovinsko peno. materiala, tlačna napetost tečenja in napetost platoja tečenja sta enaka.

3.2 Dinamično kompresijsko obnašanje

Zaradi{0}}lastnosti kovinske pene, ki blaži udarce, je dober{1}}materijal za blaženje udarcev in pufer, ki se uporablja v mnogih primerih. Raziskovanje mehanskih lastnosti kovinske pene pri dinamični tlačni obremenitvi je vroča tema na področju novih materialov. V primerjavi z mehanskimi lastnostmi pri statičnih tlačnih obremenitvah so mehanske lastnosti dinamičnih tlačnih obremenitev bolj zapletene. Dinamično stiskanje mora v celoti upoštevati vrsto dinamičnih učinkov, vključno z inercialnimi učinki in učinki stopnje deformacije. Glede na mehanizem tlačne deformacije penastega kovinskega materiala se meja tečenja materiala izboljša, ko je stopnja deformacije višja. Pod pogojem statične tlačne obremenitve material iz kovinske pene doživlja tlačno deformacijo plast za plastjo, en sloj sten por pa je podvržen upogibni deformaciji, to je prva stopnja plastične deformacije do kolapsa druge plasti por. Pod delovanjem se plast za plastjo zruši, dokler se vse pore ne upognejo in stisnejo do goste stopnje. Ta proces deformacije ni enoten in je na določenem delu nestabilen. Nato se pod pogojem dinamične tlačne obremenitve napetost poveča in na ojačitev materiala vplivata predvsem dva dejavnika. Ena je, da se z nenehnim povečevanjem udarne hitrosti pore na udarni površini bolj tesno stisnejo, tako da se napetost tečenja nenehno povečuje. Drugi je, da ima dinamično stiskanje izrazito lokalizacijsko lastnost, zaradi česar se stopnja deformacije kompresijske plastične deformacijske cone poveča, učinek mikro-inercije pa povzroči izboljšanje simetričnega in asimetričnega načina deformacije.