泡沫金属填充钢管构件的性能与设计

泡沫金属材料填充钢管结构是在钢管中全部或部分填充泡沫金属材料而得到的一种新型结构，它可通过在钢管中直接浇注或其它工艺实现。其思想来源于对以自然界草本植物茎杆的结构观察和研究。在钢管中填充泡沫金属材料后，从静力学角度，一方面可以通过泡沫结构生成的小尺度框架结构增加构件的整体刚度，提高构件的稳定承载力；另一方面，由于填充材料对管壁的支撑作用，可改善受均匀压力圆柱壳的对缺陷特别敏感的情况。从动力学角度， 2100433B

本书系统地阐述了作者在钢管约束混凝土柱，钢管约束钢筋混凝土柱，钢管约束型钢混凝土柱的理论、试验方法和设计方法方面的创新性研究成果，并给出了这种新型构件的典型工程应用实例。内容主要包括：钢管约束混凝土轴压短柱的力学性能；钢管约束钢筋混凝土框架柱和钢管约束型钢混凝土框架柱的滞回性能；各类钢管约束混凝土柱的承载力计算方法、构造与设计方法；钢管约束混凝土柱的五个典型工程应用情况。

本书可供土木工程专业的高年级本科生、研究生、教师、科研人员和工程技术人员参考。

针对微机械构件的服役性能与制备工艺关系，利用体硅工艺研究制作了悬臂梁阵列，完善了加工工艺；并重点研究了利用光纤耦合机理来测量悬臂梁横向固有振动频率的方法，较好地解决了“施加微小载荷”和“检测微小位移”两方面的问题；采用静态压入检测的方法，设计了微结构专用的微机械性能测试仪，能够检测微结构材料硬度、弹性模量、硬化指数、断裂韧性及疲劳极限等多项指标；发明了研究微结构冲击载荷作用的微冲击实验台，研究了相应的动态测试技术，并对微机械制造中常用的几种材料进行了微冲击实验。在整个研究过程中还完善了微机械加工的工艺参数，制作了微压力传感器、微悬臂梁阵列、微温度传感器等具有市场价值和工艺代表性的微功能器件。 2100433B

因为泡沫金属具有一定的强度、延展性和可加性，可作轻质结构材料。这种材料很早就用于飞机夹合件的芯材。在航空航天和导弹工业中，泡沫金属被用作轻质、传热的支撑结构。因其能焊接、胶粘或电镀到结构体上，故可做成夹层承载构件。如作机翼金属外壳的支撑体、导弹鼻锥的防外壳高温倒坍支持体（因其良好的导热性）以及宇宙飞船的起落架等。在建筑上，需要泡沫金属制作轻、硬、耐火的元件、栏杆或这些东西的支撑体。现代化电梯高频高速的加速和减速，亦特别需要泡沫金属这种同时具备吸能和承载特性的轻质结构来降低能耗。圆柱形壳体广泛存在于工程结构中，如飞机机身和远离岸边的油井平台。薄壁圆柱壳在受到载荷作用时易于损坏，但若外壳由连续的泡沫：卷材支持，则该结构比同样直径和大小的未加强中心壳体具有较大的强度。泡沫铜较易制得，且便于变形，故适合作紧固器。泡沫金属还可作为许多有机、无机和金属材料的增强材料。如在泡沫镍中充入熔融铝凝固后制成泡沫镍增强的铝合金（NFRA）材料等。

泡沫金属非常适于用作多种承载镶板、壳体和管体的轻质j卷材，制成多种层压复合材料。多孔材料用于结构件的典型例子即是制作夹层镶板。现代飞机上采用的夹层板则使用了玻璃或碳纤维复合材料蒙皮。这层蒙皮由金属铝或纸张·树脂蜂窝材料隔开，也可由刚性的聚合物泡沫体隔开，以便使该夹层镶板具有很大的比弯曲刚度和比弯曲强度。同样的技术已被延伸到另外一些重量为关键指标的应用场合：太空飞船、雪橇、赛艇和可移动的建筑物等。

缓冲保护也是泡沫金属的主要用途之一，它必须具有吸收能量的能力，同时将作用于被保护物体上的最大作用力控制在引起损害的极限之下。多孔泡沫材料可很好地适合于这种应用场合。通过控制其相对密度，泡沫金属的强度可在很宽的范围内调节。此外，该材料几乎可在恒定的应力作用下承受很大的压缩应变，故大量的能量被吸收而不致产生高的应力。在制备人工骨方面，根据孔径为150¨m～250¨m且孔率较大的要求，无机材料由于此时的强度不能满足使用要求，于是逐渐发展成泡沫金属的人工骨。这类泡沫金属都采用常规方法即主要为电镀法等生产，它们在成型等加工过程中以及在人体内均会受到载荷作用。在保持较高力学性能的同时实现人骨所需的较大孔率，即在满足人骨所需较大孔率的同时保持较高的力学性能，这对绝大多数不具备自恢复效应的人骨材料来说是极为重要 。