【摘 要】
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泡沫铝具有良好的吸能特性常被用于冲击防护材料,但在单独使用时强度较低限制了其应用。薄壁管是传统的吸能减震材料,但其吸能过程不稳定、承载能力具有方向性。近年来,泡沫铝填充薄壁管结构受到学者广泛关注,但目前存在泡沫芯材强度较低、泡沫铝与薄壁管之间的结合较弱等问题。针对上述现状,本文在泡沫铝中加入碳纳米管(CNTs)以提高泡沫材料力学性能,采用填加造孔剂法制备了CNTs增强铝基复合泡沫原位填充管(简称“
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泡沫铝具有良好的吸能特性常被用于冲击防护材料,但在单独使用时强度较低限制了其应用。薄壁管是传统的吸能减震材料,但其吸能过程不稳定、承载能力具有方向性。近年来,泡沫铝填充薄壁管结构受到学者广泛关注,但目前存在泡沫芯材强度较低、泡沫铝与薄壁管之间的结合较弱等问题。针对上述现状,本文在泡沫铝中加入碳纳米管(CNTs)以提高泡沫材料力学性能,采用填加造孔剂法制备了CNTs增强铝基复合泡沫原位填充管(简称“复合泡沫填充管”),采用闭孔泡沫Al-Cu直接填充薄壁管制备了非原位填充管(简称“泡沫Al-Cu填充管”),并对两种填充管结构在静动载荷下的力学与吸能特性进行研究。本文的主要研究内容与结果如下:采用“预分散-高速球磨”的方法实现了CNTs在Al粉中的均匀分散,进而制备了高强度CNTs/Al复合泡沫,综合复合粉末颗粒形貌与CNTs/Al复合泡沫的力学性能确定了不同CNTs含量复合粉末的最佳球磨时间。采用“原位填充-填加造孔剂法”制备了CNTs/Al复合泡沫原位填充管结构,研究不同CNTs含量复合泡沫及复合泡沫填充管在准静态与落锤冲击压缩下的力学行为与性能,分析其应变率敏感性。结果表明,CNTs含量2 wt%的复合泡沫及填充管结构具有最优的力学与吸能性能,但CNTs的加入会增加材料的脆性。同时,复合泡沫填充管在不同应变率下具有稳定的吸能速率,适合作为冲击保护结构应用于工程中。采用闭孔泡沫Al-Cu直接填充薄壁管制备了泡沫Al-Cu填充管结构,研究环境温度对其准静态压缩吸能性能及交互作用的影响,并对填充管结构进行了落锤冲击测试。结果表明,泡沫Al-Cu和泡沫Al-Cu填充管结构的力学性能随环境温度的升高而降低,当环境温度达到200℃时泡沫Al-Cu对薄壁管的增强作用大幅提升。此外,相比泡沫AlCu,泡沫Al-Cu填充管结构受应变率影响较小,可在不同应变率下稳定吸能,但较高应变率载荷会导致泡孔发生脆性断裂。
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