论文部分内容阅读
泡沫铝是由纯铝经发泡而形成的具有复杂孔隙结构的质量较轻、强度较大的新型结构材料,由于其独特的孔隙结构而具有很好的缓冲、减震、吸能等特性,广泛应用于航空航天、船舶、汽车制造和建筑。球体开孔泡沫铝(简称SOAF)是内部泡舱呈球状且相对规则的一种泡沫铝。聚氨酯作为一种较轻、易加工、成本低的多孔聚合物,被广泛用作结构型材料的填充物。聚氨酯在制备初期具有很好的流动性,可以与泡沫铝完美结合,球体开孔泡沫铝-聚氨酯(简称SOAF/PU)复合材料由于其独特的结构和性能,通常用作包装缓冲材料,用于某些精密仪器的缓冲包装。本文主要针对SOAF和SOAF/PU复合材料的压缩性能和吸能性能,做了如下的研究:(1)样品制备:将北京中实强业泡沫金属有限公司提供的三块平均孔径分别为5mm(壁孔1.5mm)、7mm(壁孔2.5mm)、9mm(壁孔4mm)的SOAF板运用线切割法将其切割为?35mm×20mm的试样。将切割后的样品进行油污处理,随后放入恒温干燥箱内烘干,后对其统一编号。将颗粒状的聚氨酯进行融化,填充到提前切割好的SOAF试样中,形成SOAF/PU复合材料。(2)基于x-射线计算机断层扫描技术(CT扫描),对SOAF以及SOAF/PU复合材料进行扫描,提取扫描文件,后通过MIMICS软件进行三维重建,生成了与真实材料结构相近的SOAF模型以及SOAF/PU复合材料模型。(3)通过ABAQUS有限元仿真软件,将重建的SOAF模型及SOAF/PU复合材料模型进行准静态单轴压缩数值模拟,获得相应的载荷-位移曲线并将其转换为应力-应变曲线和吸能-应变曲线。(4)对不同泡沫铝孔径、不同泡沫铝相对密度的SOAF以及SOAF/PU复合材料进行准静态单轴压缩实验。通过实验得到各试件对应的载荷-位移曲线,通过载荷-位移曲线转化成为应力-应变曲线,后通过应力-应变曲线换算各试件的吸能-应变曲线。结果显示,泡沫铝相对密度越高,泡沫铝孔径越大,材料压缩性能越好,在同等应变下吸能性能也越好。当泡沫铝中填充了聚氨酯形成SOAF/PU复合材料其压缩性能与吸能性能要优于单独两者材料的性能。(5)通过实验结果与仿真结果对比分析,验证了上述建模方法的科学性及有效性。为后续SOAF及SOAF/PU复合材料的研究提供了方法和依据。