Applicazione di materiale sandwich in schiuma di alluminio negli edifici{0}}a prova di esplosione

La schiuma di alluminio ha molte applicazioni negli edifici e i materiali a prova di esplosione{0}} degli edifici sono uno dei suoi usi importanti. Ad esempio, lo strato a prova di esplosione composita in lamiera d'acciaio e schiuma di alluminio-può proteggere la colonna della struttura del telaio dell'edificio, il pannello sandwich in schiuma di alluminio e lamiera d'acciaio può essere utilizzato come porta protettiva dell'edificio e il la trave sandwich in schiuma di alluminio può essere utilizzata per proteggere l'edificio tecnico, ecc. Poiché la schiuma di alluminio è un nuovo tipo di materiale funzionale, il tempo di sviluppo non è lungo, ma il suo eccellente assorbimento di energia e resistenza agli urti determinano che avrà un maggiore utilizzo in edificio a prova di-esplosione.

1. Tecnologia di preparazione del materiale sandwich in schiuma di alluminio

Sebbene la schiuma di alluminio abbia molti vantaggi, la sua bassa resistenza ne limita l'applicazione. Il materiale sandwich in alluminio schiumato è un composto di materiale dell'anima in alluminio schiumato e materiali del pannello ad alta-resistenza, come la lamiera d'acciaio e la lamiera di alluminio, in modo che i due possano integrarsi a vicenda nella struttura e nella funzione. L'alluminio espanso utilizzato negli edifici-a prova di esplosione è principalmente questo materiale. Esistono molti metodi di preparazione per i materiali sandwich in alluminio espanso e ci sono due categorie principali: uno consiste nel collegare la schiuma di alluminio prefabbricata al materiale del pannello, come l'incollaggio e la saldatura; l'altro è quello di collegare il materiale del pannello alla base in alluminio. La polvere espansa viene trasformata in una preforma, quindi riscaldata e schiumata e, dopo il raffreddamento, si ottiene il pannello sandwich in alluminio schiumato. Oltre a questi due tipi, ci sono altri metodi in fase di studio.

1.1 Metodo di connessione

Il metodo di incollaggio consiste nell'incollare l'alluminio schiumato e il pannello insieme all'adesivo, che appartiene al metodo di connessione fisica, il processo è semplice e anche la precisione del prodotto è elevata. Tuttavia, il processo di pulizia dell'alluminio schiumato e della superficie del pannello prima dell'incollaggio è complicato e la resistenza alle alte temperature e alla corrosione dell'adesivo sono scarse e anche la forza di adesione è relativamente bassa. Queste carenze limitano lo sviluppo di questo metodo. Rispetto al metodo di adesione, la forza di adesione del metodo di saldatura è stata effettivamente migliorata. Al momento, ci sono più ricerche sul metodo di brasatura e sul metodo di saldatura laser.

Il metodo di brasatura è il metodo di saldatura del materiale sandwich in alluminio schiumato che è stato oggetto di ulteriori ricerche al momento. La chiave di questo metodo risiede nella selezione della lega di saldatura e nella rimozione del film di ossido sulla superficie dell'alluminio schiumato. A causa della differenza di potenziale dell'elettrodo tra la saldatura a base di Sn{0}}e il materiale di base in alluminio espanso, è probabile che si verifichi corrosione elettrochimica sul giunto brasato e il giunto ha una scarsa resistenza al calore e una bassa resistenza. Wang Hui et al. ha utilizzato la protezione dell'azoto per migliorare la resistenza dei giunti brasati. I risultati della ricerca mostrano che l'interfaccia non forma uno strato di pellicola continua, ma è composta da intersezioni di contatto tra le estremità-dei pori-delle nervature. Yu Chongchong et al. usato la lega Zn-Al-Cu come saldatura. Poiché la saldatura ha una determinata funzione di{5}}rimozione della pellicola, non è necessario utilizzare il flusso durante la saldatura, che può evitare il problema di corrosione causato dall'uso del flusso; viene utilizzata la raschiatura meccanica. Pulisci 1 diffusione; applicare vibrazioni ultrasoniche durante la saldatura per far fluire la saldatura e riempire i pori in modo uniforme; infine si ottiene un pannello sandwich in cui sono unite metallurgicamente la saldatura e la piastra di alluminio, la saldatura e l'alluminio schiumato. Chen Nannan et al. ha utilizzato lo strato composito di lamina di rame-foglio di alluminio-composito di lamina di rame come strato intermedio, che ha reso la resistenza del giunto superiore a quella del metallo di base, e parametri ottimizzati come la temperatura di saldatura e il tempo di tenuta. Canzone Yufeng et al. ha utilizzato una lega a base di Al{9}}Si{10}}come materiale di brasatura e una piastra di alluminio puro come piastra frontale e ha ottenuto un pannello sandwich in alluminio espanso mediante il metodo di brasatura. Gli effetti della temperatura di saldatura, del tempo e del processo di ricottura sulle prestazioni del pannello sandwich sono stati studiati mediante test ortogonali. I parametri di processo ottimali si ottengono come segue: la temperatura di saldatura è di 640 gradi, il tempo è di 15 minuti e la ricottura di distensione a 400 gradi è di 30 minuti; La stabilità del pannello sandwich preparato con il metodo ad alta temperatura è migliore di quella con il metodo adesivo.

La saldatura laser è un metodo per irradiare un raggio laser ad alta{0}}intensità e alta{1}}energia sulla superficie del metallo per fonderlo e collegarlo insieme. I vantaggi di questo metodo sono che la deformazione del pezzo dopo la saldatura è piccola, l'efficienza di produzione è elevata e può essere realizzata una produzione continua. Zhang Di et al. aggiunta lega di alluminio 6061 tra l'alluminio espanso e il pannello con una porosità del 70 percento, fusa la lega di alluminio 6061 con il calore del raggio laser e penetrata nei fori dell'alluminio espanso, in modo da ottenere una migliore saldatura e resistenza alla trazione di il giunto saldato. È 2,97 MPa, che è vicino alla forza dell'alluminio schiumato. Tuttavia, durante la saldatura laser, l'assorbimento di energia laser da parte del materiale di base della schiuma di alluminio è limitato a causa del riflesso delle pareti delle celle dei pori nella schiuma di alluminio e della limitazione dello spazio dei pori. Sotto l'azione di una fonte di calore ad alta-temperatura, i pori all'interno della schiuma di alluminio possono collassare a causa della fusione endotermica, formando così un'ampia area di saldatura con una struttura densa. La saldatura laser è ancora nella fase iniziale dell'esplorazione e c'è ancora molta strada da fare prima della produzione industriale. andare.

1.2 Metodo di schiumatura

Liang Xiaojun et al. polvere di lega di alluminio mista con agente schiumogeno TiH2, quindi ferro pressato, pannelli di titanio e polvere in uno stampo, prima realizzato una preforma espandibile e quindi riscaldata a una certa temperatura per decomporre TiH2 in idrogeno, in modo che la schiumatura fusa produca pannelli sandwich legati metallurgicamente . Poiché questo metodo richiede la pressatura in uno stampo, la dimensione del prodotto finito è limitata. Zhang Min et al. ha posto tra i pannelli la polvere di lega di alluminio miscelata con l'agente schiumogeno, quindi ha realizzato la preforma con il metodo del composito laminato, evitando così la limitazione delle dimensioni dello stampo, e quindi collocata in un forno a resistenza per il riscaldamento e la schiumatura. Le fasi del processo sono semplici e la produzione continua è più facile. Il problema principale del metodo di laminazione del composito è che la preforma è soggetta a perdita di polvere durante il processo di laminazione, con conseguente bassa resa e basso spessore e precisione della lamiera. Al fine di migliorare la qualità della preforma, Song Binna et al. ha utilizzato il metodo di laminazione dell'avvolgimento per realizzare la preforma e ha inserito la polvere di lega di alluminio da schiumare in un tubo di alluminio, sigillato e arrotolato, quindi schiumato. Questo metodo risolve i problemi di perdita di polvere e crepe sul bordo del bordo della preforma e produce un pannello sandwich con un buon legame dell'interfaccia; Canzone Binna et al. studiato l'effetto del rapporto di riduzione sulla preforma e sulla struttura del pannello sandwich. La ricerca mostra che quando il tasso di riduzione è del 70 percento, la superficie della preforma è piatta e completa, la polvere è uniforme e densa e anche la qualità del pannello sandwich finale è la migliore. Liu Jia et al. ha ulteriormente studiato l'effetto dei parametri di schiumatura sul comportamento evolutivo delle cellule nello strato centrale del pannello sandwich nel processo di preparazione della laminazione della guaina. Le ricerche di cui sopra si basano tutte sulla ricerca di polvere di lega di alluminio, mentre Wang Yaoqi et al. ha utilizzato la piastra di alluminio come matrice di schiumatura e ha utilizzato il metodo di impilamento cumulativo per preparare la preforma espansa. Il metodo specifico consiste nel distribuire uniformemente la polvere di agente schiumogeno TiH2 tra i quattro strati di lastre di alluminio, quindi sovrapporre e rotolare le lastre di alluminio a 350 gradi per 2 passaggi per creare una preforma di alluminio schiumato, quindi un pannello in lega di titanio TC4 o 1Cr18Ni9Ti I pannelli in acciaio inossidabile vengono impilati su entrambi i lati della preforma di alluminio schiumato, quindi laminati e laminati a 450 gradi C per ottenere un pannello sandwich, quindi schiumati in un forno a resistenza per ottenere un pannello sandwich in alluminio schiumato.

1.3 Altri metodi Zhang Taikang et al. utilizzato sfere cave Al2O3 ad alta resistenza e bassa densità come agente di formazione dei pori insolubile-, lega di alluminio 6063 come matrice di alluminio espanso e piastra in lega di alluminio come materiale di superficie della lastra composita, preparata mediante colata di infiltrazione per gravità inversa metodo Pannello sandwich in alluminio espanso. I risultati mostrano che il materiale del nucleo e il pannello in lega di alluminio ottengono un buon legame metallurgico.

2. Applicazione di pannelli sandwich in schiuma di alluminio negli edifici-a prova di esplosione

Il pannello sandwich in alluminio schiumato può assorbire energia attraverso la deformazione plastica in caso di esplosione o forte carico d'urto. Rispetto ai pannelli a-strato singolo, ha una resistenza quasi{1}}statica più elevata e prestazioni antideflagranti-più elevate. Negli ultimi anni, a causa dell'aumento delle esplosioni e degli attacchi terroristici, i pannelli sandwich in schiuma di alluminio hanno gradualmente attirato l'attenzione della comunità accademica come materiale a prova di-esplosione negli edifici. , anche le sue prestazioni anti-detonazione sono diventate un punto di riferimento per la ricerca.

2.1 Ricerca applicativa in edifici a prova di-esplosione

Shi Shaoqing e altri ritengono che la struttura composita a più-strati di schiuma d'acciaio e alluminio abbia un effetto a prova di esplosione-migliore rispetto alla schiuma di alluminio singola e possa essere applicata al design-a prova di esplosione di edifici militari. Kang Jiangong et al. ha utilizzato lo stesso materiale dell'anima in schiuma di alluminio per confrontare gli effetti dei pannelli industriali in alluminio puro e dei pannelli in acciaio inossidabile 304 sulle prestazioni anti{4}}esplosione delle travi sandwich in schiuma di alluminio mediante simulazione numerica. I risultati mostrano che la trave sandwich in schiuma di alluminio realizzata con pannelli di alluminio puro industriale ha migliori prestazioni{5}}a prova di esplosione sotto l'impatto dell'esplosione. Su questa base, Sui Shunbin et al. ha studiato le prestazioni anti-esplosione delle travi sandwich in schiuma di alluminio realizzate con piastre in acciaio HRB335. Rispetto alle piastre in alluminio puro e alle piastre in acciaio inossidabile 304, lo spostamento a metà-della campata e la deformazione da compressione del materiale del nucleo sono tutti e tre. il più piccolo. Fu Xuran e altri hanno studiato le prestazioni{10}}antidetonanti del tessuto in fibra di carbonio e dello strato protettivo in schiuma di alluminio ampiamente utilizzato nella protezione degli edifici. I risultati mostrano che l'effetto antideflagrante-dello strato protettivo in alluminio espanso è molto superiore a quello del tessuto in fibra di carbonio e il materiale in alluminio espanso dovrebbe essere preferito nel design-a prova di esplosione. In base all'effetto anti{13}}esplosione del pannello sandwich in schiuma di alluminio, Zhang Dongxin ha proposto di riempire la parte centrale della piastra esterna in acciaio con schiuma di alluminio prima e dopo la porta per realizzare un nuovo tipo di porta protettiva e ha utilizzato ANSYS /LS-DYNA per verificare l'effetto antideflagrante-della porta di protezione.

I risultati mostrano che il nuovo tipo di porta di protezione ha buone prestazioni di attenuazione dell'onda d'urto esplosiva e può svolgere un ruolo protettivo.

2.2 Problemi nell'applicazione

Il pannello sandwich in schiuma di alluminio ha un'eccellente funzione-a prova di esplosione, ma è ancora meno utilizzato negli edifici{1}}a prova di esplosione. I motivi principali sono i seguenti due aspetti: in primo luogo, l'attuale materiale del pannello sandwich in alluminio espanso è ancora in fase di ricerca e non esiste un metodo di produzione industriale più economico. Il costo di produzione della stessa schiuma di alluminio è relativamente alto e il pannello sandwich deve aumentare il costo sulla base, il che limita l'ambito di applicazione del pannello sandwich; inoltre, il meccanismo a prova di-esplosione del pannello sandwich in schiuma di alluminio non è del tutto chiaro. La relazione quantitativa tra la microstruttura del materiale della piastra e la morfologia macroscopica non è stata stabilita e la risposta della piastra sandwich sotto carico dinamico non è ancora chiara. Alla luce dei motivi di cui sopra, l'applicazione dei pannelli sandwich nella pratica dell'ingegneria a prova di esplosione-di edifici ha ancora molta strada da fare.

3. Riepilogo e prospettive

(1) I metodi di connessione comuni basati su prodotti in alluminio espanso comprendono l'incollaggio e la saldatura. Il metodo di incollaggio ha un processo semplice, ma ha una scarsa forza di adesione e resistenza alle alte temperature; il metodo di saldatura può realizzare la combinazione metallurgica dell'alluminio schiumato e del pannello e migliorare efficacemente la resistenza dell'interfaccia e la resistenza alle alte temperature. Tra questi, il problema chiave del metodo di brasatura è la selezione del materiale di brasatura e il metodo per rimuovere il film di ossido sulla superficie dell'alluminio schiumato. Al momento, molte ricerche nazionali sono state condotte in quest'area. La saldatura laser è stata studiata anche in Francia, ma è ancora in fase esplorativa.

(2) Il metodo di schiumatura è un metodo di preparazione in cui il pannello e il materiale espanso vengono trasformati in preforme e quindi sottoposti a trattamento di schiumatura; a base di lega di alluminio e polvere di agente schiumogeno, è chiamato metodo del composito di laminazione, quindi viene eseguito il trattamento di schiumatura. Sulla base del metodo della metallurgia delle polveri per avvolgere la laminazione, il metodo della laminazione cumulativa si basa su lastre di alluminio; inoltre, alcuni studiosi utilizzano il metodo della colata per infiltrazione per preparare i pannelli sandwich. Con lo-studio approfondito dei vari metodi di preparazione, appariranno metodi adatti alla-produzione industriale su larga scala.

(3) Il pannello sandwich in alluminio espanso è un potenziale materiale a prova di{1}}esplosione negli edifici, che può essere utilizzato per proteggere parti fondamentali come colonne portanti, travi e porte negli edifici. A causa dell'alto costo di produzione dei materiali dei pannelli sandwich in schiuma di alluminio e del meccanismo{2}}a prova di esplosione da studiare, l'attuale applicazione dei pannelli sandwich negli edifici a prova di esplosione- è ancora in fase di ricerca. In futuro, con lo sviluppo della tecnologia di preparazione dei pannelli sandwich in alluminio espanso e la-ricerca approfondita sul meccanismo{5}}a prova di esplosione, avrà ampie prospettive nell'applicazione dell'esplosione di edifici{{ 6}}prova.