Ricerca sulla meccanica plastica a compressione di materiali metallici espansi

Con lo sviluppo dell'economia e il progresso della società, la tecnologia industriale si è sviluppata rapidamente. Lo sviluppo di materiali compositi e l'esplorazione di nuovi materiali sono argomenti importanti nel campo industriale di oggi. Come nuovo tipo di materiale, rispetto ai materiali metallici tradizionali e ai materiali polimerici porosi, la schiuma metallica non solo ha le caratteristiche dei materiali funzionali, ma tiene anche conto delle caratteristiche dei materiali strutturali. Presenta evidenti vantaggi e ampie prospettive di sviluppo. Al giorno d'oggi, i materiali metallici espansi sono stati applicati in molti campi come l'industria automobilistica, l'industria delle costruzioni e il campo dell'aviazione e sono diventati uno degli argomenti chiave della ricerca nel campo dei nuovi materiali.

1. Caratteristiche della schiuma metallica

Il materiale espanso ha scheletro metallico e pori. Rispetto ai materiali metallici tradizionali, ha proprietà di base come la tradizionale saldabilità del metallo e ha anche un gran numero di pori interni. È proprio a causa dell'esistenza di questi pori interni che il metallo espanso ha i suoi vantaggi.

1.1 Permeabile

Perché la schiuma metallica ha un gran numero di pori, ma anche il numero di cellule chiuse occupa una grande proporzione, perché solo la struttura a pori passanti ha permeabilità, quindi i pori chiusi hanno una grande influenza sulla permeabilità. Allo stesso tempo, la permeabilità è anche correlata alla dimensione della dimensione dei pori e alle proprietà del permeato.

1.2 Riduzione del rumore e assorbimento degli urti

La struttura a foro passante esistente nella schiuma metallica può convertire le onde sonore e le vibrazioni in arrivo in energia termica e dissiparla. Le prestazioni di riduzione del rumore e assorbimento degli urti sono direttamente correlate all'altezza della sua porosità e alla dimensione del suo diametro. Allo stesso tempo, il metallo espanso è più resistente dell'amianto e di altri materiali e ha una maggiore resistenza e un migliore ritardo di fiamma.

1.3 Conducibilità termica

La conduttività termica della schiuma metallica è migliore di quella dei materiali metallici e inferiore a quella dei materiali isolanti termici, e la sua conduttività termica è direttamente correlata alla sua porosità. La struttura a celle chiuse ha migliori prestazioni di isolamento termico rispetto alla struttura a foro passante. In condizioni convettive, l'aumento della porosità e l'espansione della dimensione dei pori possono migliorare la capacità di trasferimento del calore convettivo.

1.4 Proprietà elettriche

A causa della struttura dei pori, lo smorzamento è molto buono. Se il polimero ad alto peso molecolare viene riempito nei pori, le caratteristiche di smorzamento possono essere efficacemente migliorate. Per le schiume metalliche, le proprietà di smorzamento sono direttamente correlate alla dimensione della superficie.

2. Forma strutturale dei materiali in schiuma metallica

Quando le persone studiano e usano materiali strutturali, devono prima considerare le proprietà meccaniche dei materiali. Pertanto, le proprietà meccaniche sono un parametro importante per la valutazione delle prestazioni del materiale. Al fine di condurre ricerche approfondite sulle proprietà meccaniche del materiale stesso, le persone devono prima comprendere la struttura e la morfologia del materiale.

Il corpo principale del materiale in schiuma metallica è lo scheletro metallico e i pori, e i pori includono due tipi di fori passanti e celle chiuse. La struttura a foro passante è anche chiamata cella aperta, cioè un singolo foro d'aria all'interno del metallo espanso è aperto e i fori dell'aria sono collegati tra loro. I pori della struttura a celle chiuse sono chiusi e indipendenti l'uno dall'altro e sono separati dal metallo genitore. Va notato che le cellule chiuse e le cellule aperte coesistono nella maggior parte delle strutture a contenuto di schiuma metallica.

La struttura di supporto del metallo in pendenza può essere suddivisa in pareti forate, costole e giunti. Nella struttura a celle aperte, i pori sono interconnessi e le pareti dei pori isolati sono incomplete, mentre la struttura a cellule chiuse isola i pori dalla parete completa dei pori. Quando la parete dei pori è molto più sottile di quella della costola, l'influenza della parete dei pori sulle proprietà meccaniche complessive del materiale in schiuma metallica è molto debole e può essere considerata come una struttura cellulare quasi aperta.

3. Proprietà meccaniche di compressione dei materiali metallici espansi

3.1 Comportamento di compressione statico

La curva stress-deformazione del materiale in schiuma metallica è divisa in tre fasi (vedi Figura 1): il primo stadio è lo stadio di deformazione elastica, il secondo stadio è lo stadio di plateau di resa e il terzo stadio è lo stadio di compattazione del collasso. All'inizio, la deformazione è piccola e la centratura stress-deformazione è l'elasticità lineare; quindi la deformazione continua ad aumentare, e lo stress è in fase di plateau, quasi in uno stato di costante o piccolo cambiamento, e infine, con la continua estrusione dei fori interni del materiale metallico espanso Premuto insieme, il materiale si trova in uno stato compattato con un rapido aumento dello stress. Sotto l'azione della forza di compressione, il meccanismo di deformazione del materiale metallico espanso è principalmente la flessione del prisma e la flessione e l'allungamento del film della parete del foro. Tuttavia, alcuni buchi nel materiale sono deboli di per sé. Quando la deformazione è concentrata in una posizione locale, i fori originariamente deboli vengono prima schiacciati sotto l'azione di estrusione, quindi i fori adiacenti vengono guidati per continuare a essere schiacciati, formando una trasmissione sequenziale. La situazione alla fine ha portato alla creazione della "zona di deformazione". Con l'espansione continua della "zona di deformazione", quando l'espansione e la trasmissione dello stress di guasto colpisce l'intero materiale, si manifesta come l'intero materiale che viene schiacciato. Si può vedere che la deformazione plastica compressiva del materiale in schiuma metallica viene successivamente distrutta dal trasferimento strato per strato.

I risultati sperimentali mostrano che quando il materiale in schiuma metallica è sottoposto alla forza di compressione, la fase di deformazione elastica è molto breve, e quando la deformazione raggiunge il 2%, entrerà nel periodo di plateau di resa, vale a dire, per il materiale in schiuma metallica, Lo stress di snervamento compressivo e lo stress di plateau di snervamento sono uguali.

3.2 Comportamento di compressione dinamica

Le proprietà ammortizzanti della schiuma metallica lo rendono un buon materiale ammortizzante e tampone utilizzato in molte occasioni. La ricerca delle proprietà meccaniche della schiuma metallica sotto carico di compressione dinamico è un problema caldo nel campo dei nuovi materiali. Rispetto alle proprietà meccaniche sotto carichi di compressione statici, le proprietà meccaniche dei carichi di compressione dinamici sono più complesse. La compressione dinamica deve considerare appieno una serie di effetti dinamici, inclusi gli effetti inerziali e gli effetti della velocità di deformazione. Secondo il meccanismo di deformazione compressiva del materiale metallico espanso, la resistenza allo snervamento del materiale viene migliorata quando la velocità di deformazione è più elevata. Sotto la condizione di carico di compressione statico, il materiale in schiuma metallica subisce una deformazione di compressione strato per strato e uno strato di pareti dei pori subisce una deformazione di flessione, cioè il primo stadio della deformazione plastica fino al collasso del secondo strato di pori. Sotto l'azione, collassa strato per strato fino a quando tutti i pori sono piegati e compattati in misura densa. Questo processo di deformazione non è uniforme ed è instabile in una certa parte. Quindi, sotto la condizione di carico di compressione dinamico, lo stress aumenta e il rafforzamento del materiale è influenzato principalmente da due fattori. Uno è che con il continuo aumento della velocità di impatto, i pori sulla superficie d'impatto vengono compattati più strettamente, in modo che lo stress di snervamento aumenti continuamente. L'altro è che la compressione dinamica ha una caratteristica di localizzazione prominente, che fa aumentare la velocità di deformazione della zona di deformazione plastica di compressione, e l'effetto della micro-inerzia si traduce nel miglioramento delle modalità di deformazione simmetrica e asimmetrica.