开孔与闭孔泡沫铝抗侵彻性能研究

闭孔泡沫铝的导热性能

为更全面地反映闭孔泡沫铝材料的吸声降噪能力,从密度、厚度、背后空腔深度、打孔率几个方面,对闭孔泡沫铝材料的吸声性能进行研究.改变以往单纯用吸声系数的峰值表征的方法,而是用吸声系数的峰值、降噪系数、半峰宽3个指标来评价闭孔泡沫铝材料的吸声性能.通过驻波管法测试吸声系数,用origin软件进行吸声曲线的分析,建立一次函数.结果表明:在以往研究中个别吸声系数的峰值较高的样品,整体吸声效果不佳;而一些吸声系数的峰值处于中等水平的却具有较好的整体吸声效果,因此更适合于在实际应用中用于吸声结构的设计.

利用高速气枪研究了面板为铜板的泡沫塑料芯体夹层板在不同冲击速度下的抗侵彻性能.研究表明:随着面板厚度和泡沫塑料芯体密度的增加,试样的抗侵彻性能逐步增强,在泡沫塑料芯体夹层板中应力波传导的时间也逐步增长.

闭孔泡沫铝板具有一定的吸声性能,对闭孔泡沫铝板进行打孔处理后,其吸声效果显著提高。使用驻波管法测试不同打孔率以及在泡沫铝板背后设置不同厚度空腔时吸声系数和吸声频率的变化。测量结果表明:以适当的打孔率打孔后,吸声系数提高30%左右,打孔率过高,吸声系数反而降低;随着在泡沫铝吸声板后设置的空腔厚度的增加,吸声峰值向低频偏移。可通过改变打孔率和背后空腔深度来设计用于降噪的闭孔泡沫铝吸声结构。

综述了近年来对闭孔泡沫塑料,主要是发泡聚烯烃的结构与性能关系研究的进展。总结了有关泡沫塑料的常见结构模型以及性能结构关系的解析式表达,并介绍了常见表征泡沫塑料结构、性能的方法以及近年来出现的新的表征手段。文章讨论了近年来研究塑料泡沫结构与性能尤其是力学性能之间关系的新结果、新进展,并对研究进行了展望。

为改变高速路两侧噪声污染严重,为设计性能更加优越的公路声屏障,结合沈阳市东西快速干道高架桥声屏障建设的工程要求,设计闭孔泡沫铝材的吸声共振型声屏障。使用噪声频谱分析仪实地测量噪声污染情况,利用驻波管法测试打孔闭孔泡沫铝板的吸声系数值。设计的声屏障主要吸声结构为密度0.3g/cm3,厚度10mm,打孔率3%的闭孔泡沫铝吸声板,背后设置30mm厚空腔,其吸声特性为:吸声主频率为300~400hz,对500hz以下的低频噪声吸声率可达到60%~90%。

为考查闭孔泡沫铝材料的静、动态力学性能,运用万能材料实验机及分离式霍布金森压杆(shpb)系统,对闭孔泡沫铝准静态及动态力学性能进行试验研究。分析密度对泡沫铝准静态力学性能的影响情况,对比准静态与动态条件下闭孔泡沫铝材料力学性能的差异,并讨论泡沫铝动态测试过程中的一些注意事项。结果表明:此种闭孔泡沫铝材料的静、动态应力应变关系曲线均具有明显的弹性段、应力平台段及压实段的3阶段特征。准静态条件下,应力平台随着密度的增大而相应增大;闭孔泡沫铝的动态应力应变关系具有较为明显的应变率效应。动态试验中应变片、数据处理方法及入射波形均会影响泡沫铝动态力学性能的试验结果。泡沫铝孔洞的分批塌陷导致应力应变曲线出现明显波动现象。

应用分离式霍普金压杆(shpb)技术,对闭孔泡沫铝、单面粘贴钢板的泡沫铝和泡沫铝芯体的钢夹芯板动态性能进行了研究,并对不同应变率下泡沫铝芯体的钢夹芯板动态力学性能进行了测试分析。在实验中,分别采用入射波形整形技术和半导体应变片测试技术,得到了较好的入射波和透射波,并给出了泡沫铝夹芯板的动态应力应变曲线。从测试结果中可以看出泡沫铝夹芯板性能优越,具有"三阶段"特征和应变率效应。

利用熔体发泡技术制备不同孔径和气孔率的泡沫铝,对不同气孔率的原始状态泡沫铝以及孔径为1.1mm的穿孔泡沫铝的吸声性能进行研究。结果表明:未设置背腔时,原始状态泡沫铝的吸声性能不高,设置背腔后,由于泡沫铝中所含通透结构的作用,泡沫铝的吸声性能明显提高;穿孔泡沫铝的穿孔率在0.5%～1.0%范围,设置60～80mm背腔时可使降噪系数超过0.42,比原始状态泡沫铝不设置背腔时的降噪系数高2倍左右;穿孔泡沫铝设置背腔后的吸声特性符合helmholtz共振吸声的规律,但受到穿孔结构、泡沫铝原本存在的缺陷组成的通透结构和气泡孔在穿孔过程中被打开的小开口等因素的影响。

基于对闭孔泡沫铝发泡过程更为合理的假设,提出了描述胞体结构的改进的十四面体模型,使之可以反映密度增大时质量集中于支柱和顶点的情况。采用有限元方法及耦合边界条件,研究了闭孔泡沫铝的相对弹性模量、泊松比等弹性特征与胞体参数的关系,给出了拟合的弹性模量的计算公式,并对模型在弹性压缩变形下应力分布进行了分析。通过与已有模型的比较表明,改进模型可以较好地模拟闭孔泡沫铝材料的弹性性能。

对采用熔体发泡法制造的不同密度泡沫铝进行了准静态压缩试验、拉伸试验和弯曲试验。结果表明,泡沫铝的压缩特性曲线包括线弹性变形区、平台区和密实化区。试样的高宽比h/d明显影响压缩应力-应变曲线。当h/d较小时,平台应力曲线较平滑;当h/d较大时,平台应力曲线剧烈波动,呈显著的锯齿状。且在试样中间部位出现与加载轴线呈25°—45°的剪切带。拉伸和弯曲过程中,泡沫铝应力快速增加,当达到应力峰值即屈服点后急剧减小,在最终破断失效前,没有明显的屈服变形带。压缩坪应力rpl、拉伸屈服应力ruts和冷弯屈服应力rf随密度的增加而增加。

具有微细孔(孔径小于0.1mm)的泡沫铝合金在高速高压冲击下会发生雾化爆炸现象,可以对破甲弹产生拦截作用,从而具有抗弹性能。利用渗流法成功制备了孔径小于0.1mm的泡沫铝合金。在制备过程中,利用饱和盐水混匀盐粒,预热时采用逐步升温的方式和改善浇注参数,得到了孔径小于0.1mm的结构完整的泡沫铝试样。清理工艺对于微孔结构泡沫铝非常重要,实验结果表明采用流水冲刷和热水浸泡的方式可以使得盐粒尽快溶出,防止泡沫铝的腐蚀。

对泡沫铝合金部分填充方形铝管三点弯曲性能进行研究。研究发现:泡沫铝部分填充管承受的弯曲载荷和吸收的能量与空铝管相比有显著的提高,变形模式从单褶皱模式变为多褶皱模式;泡沫铝部分填充管承载能力和能量吸收能力随着泡沫铝孔隙率的减少而提高,但是达到极限载荷的位移变短;与全填充管相比,泡沫铝部分填充管仍然可以承受较高的载荷,同时有效降低结构的总质量,只有当填充长度大于有效填充长度时,泡沫铝提高铝管承载能力的作用才能充分发挥;部分填充管对空铝管的弯曲载荷相对提高量随铝管壁厚减小而增大。

利用直接冶金结合方法,研究了铝及铝合金覆板的厚度及复合温度与时间对闭孔泡沫铝夹心三明治与覆板结合层厚度的影响.利用金相显微镜观察了泡沫铝夹心与覆板结合界面的微观组织,并测量了结合界面的扩散层厚度和显微硬度.研究结果表明,铝熔体与纯铝和铝合金覆板复合温度越高,复合时间越长,他们之间的扩散层厚度越大;当纯铝板的预热温度为400~450℃,复合速度为53.9~74.4mm/min时,泡沫铝夹芯与纯铝板形成良好冶金结合,复合界面的互扩散层厚度为39~44μm;当铝合金覆板的预热温度为240℃,复合速度为58.3mm/min时,制备铝合金覆板泡沫铝三明治所需的铝合金板最小厚度应为7.9mm.

以静态条件下闭孔泡沫铝的空气发泡过程为研究对象,在聚乙烯醇水溶液中进行模拟研究.通过改变入射压缩空气的流量、压力,液体的粘度,出气孔的直径、数量、出气孔表面距液体表面的距离等实验条件,建立静态条件下液体表面气泡直径的预测模型,以便对铝熔体的泡沫特性和闭孔泡沫铝的胞直径进行科学有效的控制.在静态水模拟实验条件下获得了液体表面气泡直径预测模型.当入射空气的压强、气流量,液面高度,出气孔直径增大时,气泡直径随之增大;当出气孔数量,液体粘度增大时,气泡直径减小,表面张力对气泡直径的影响可以忽略不计;静态条件下液体表面气泡直径的预测值和实验测量值符合得较好,相对误差分布在-5.04%~6.32%之间.

制备了3种特殊孔结构的al-si12泡沫铝,并研究了特殊孔结构对泡沫铝吸声吸能的影响。结果表明,与常规单一孔结构泡沫铝相比,特殊孔结构泡沫铝在高频区和低频区的吸声效果较强,而在中频区吸声效果相对较差。对于层状周期孔结构、层状梯度孔结构和宽孔径范围孔结构的泡沫铝,层状周期和层状梯度的层数越多或孔隙率越大,其吸声吸能越好。

在闭孔泡沫铝合金压缩试验的基础上,研究了其压缩力学性能和吸能能力,提出可供工程使用的多孔泡沫金属吸能能力公式,为其工程应用提供理论支持。

采用发泡法,以废石膏为发泡剂,通过干压成型工艺制备出了中铝质闭孔泡沫陶瓷砖。主要探讨了助烧熔剂和烧成制度等因素对闭孔泡沫陶瓷砖性能的影响。采用真空密度仪、万能测试机、导热仪分别测试了样品的真密度、抗压强度、导热系数,采用排水法测量了样品的体积密度、闭孔气孔率,通过sem分析了样品的闭孔分布。实验结果表明:样品的真密度为2.691g/cm3,体积密度为1.324g/cm3,抗压强度为4.82mpa,热导率为0.173w/(m.k),闭孔气孔率为57.2%,,样品内闭孔分布均匀。

采用复合轧制的方法,即将带有发泡剂的混合粉末置于两铝面板之间进行复合轧制使之成为预制发泡体,然后再在炉中发泡的方法,制备界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板,通过摆锤冲击实验,研究界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板与胶接夹芯板的冲击性能的区别。结果表明,胶接界面冲击后发生开裂,冶金结合的界面冲击后并没有发生开裂现象,界面为冶金结合的泡沫铝夹芯板的抗冲击性要比胶接的好。冶金结合界面夹芯板,孔隙率较大的抗冲击性比孔隙率较小的好。

随着地铁列车的发展,车辆的速度不断提升,客室内部空间不断要求加大,为满足高速转向架1、2系悬挂装置空间的需求,保证客室地板高度的统一及底架结构的延续,减薄地板结构成为一项新的课题。泡沫铝地板是一种新型薄地板,具有良好的隔声和减震性能。文章研究该新型地板能否满足城轨地铁车辆运营及反复的载荷变化要求,进行相关测试。

采用先进孔形态(apm)泡沫铝单元为芯体材料,以方形铝管为面板材料制备了复合方管,然后进行准静态压缩试验,并与传统方法制备的泡沫铝以及填充方管进行了比较。结果表明:apm泡沫铝单元与传统泡沫铝、apm泡沫铝单元填充方管与传统泡沫铝填充方管的压缩性能差别不大;apm泡沫铝单元与铝方管的相互作用显著提高了填充方管的压缩性能,并改变了其压缩变形方式,可用于制备复杂结构的泡沫铝夹层结构材料。

提出粉末致密化方法:将粉末放在待连接的两金属板之间进行轧制连接,然后直接在炉中进行发泡的方法·这种方法既克服了粘结剂连接的缺点,达到了冶金结合的目的;又使工艺过程缩短,节约了能源·对泡沫孔的形貌特征进行了研究,并对孔壁上钛的富集和皱褶进行了分析·研究表明,采用粉末与钢板轧制工艺可以成功地制备出钢面板泡沫铝夹心结构;发泡过程中孔的合并以及微孔的产生是影响孔结构的重要因素;钛颗粒在孔壁上的富集对孔的稳定性起到了一定的积极作用;凝固过程中孔壁上产生了弯曲和皱褶现象,所以对凝固过程的控制也是很重要的·