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泡沫铝及其填充结构的制备和力学性能研究

张春基  
【摘要】: 采用适于工业化生产的熔体发泡法,制备出了孔结构分布均匀、力学性能良好的泡沫铝样品,并对熔体发泡法制备工艺各过程及实验参数的影响进行详细的分析。将泡沫铝与薄壁铝管结合制备出了泡沫铝填充管及部分填充管。对泡沫铝进行了压缩和拉伸实验。结果表明:泡沫铝压缩时变形机理为逐层坍塌;泡沫铝拉伸时弹性模量与相对密度的平方成正比,抗拉强度与相对密度成正比。 对泡沫铝填充管做了纵向压缩和横向压缩实验。结果表明:纵向压缩时,泡沫铝填充管和铝管的变形模式相同,都是对称叠缩变形模式,但是填充管产生的折叠比空铝管多。由于泡沫铝和铝管之间相互作用的存在,填充管的压缩载荷和吸收的能量均远高于泡沫铝和铝管单独承载时承受的压缩载荷和吸收的能量之和。横向压缩时,泡沫铝填充管的压缩载荷和吸收的能量均低于泡沫铝和铝管单独承载时承受的压缩载荷和吸收的能量之和,同时泡沫铝填充管横向压缩时的承载能力和能量吸收能力均远低于轴向压缩时的承载能力和能量吸收能力。 对泡沫铝部分填充管进行了弯曲实验。结果表明:泡沫铝部分填充管承受的弯曲载荷和吸收的能量与铝管相比有显著的提高,弯曲变形模式从空铝管的单褶皱模式转变为多褶皱模式。部分填充管与全填充管相比,在承受较高的载荷的同时,还有效地降低了结构的总重量。只有当填充长度大于有效填充长度时,泡沫铝的填充才能充分发挥提高铝管弯曲承载能力的作用。泡沫铝填充管对空铝管的载荷相对提高量随着铝管壁厚的减小而增大,随跨距的减小而提高。 随着泡沫铝孔隙率的减小,泡沫铝的压缩性能和拉伸性能、泡沫铝填充管的压缩性能、部分填充管的弯曲性能都有所提高。


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