09,14,2026 5Ansichten
Aluminium-Schaumstoff ist eine Kombination von porösen Materialien und metallischen Eigenschaften porösen Metallmaterialien, aufgrund seiner niedrigen Dichte, hohen Absorptionsleistungen, Recyclingfähigkeit, in den heutigen Materialbereichen mit breiten Anwendungsperspektiven, ist eine sehr vielversprechende Entwicklung von Ingenieurmaterialien, insbesondere in den Bereichen Transport, Luft- und Raumfahrt, Baustruktur und andere weit verbreitet.
Das Team unter der Leitung von Professor Chen Fanxiu von der Qingdao Polytechnic University hat die mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Schaumstoff mit einer hochauflösenden Röntgen-3D-Mikroskop-CT und einem unterstützenden in-situ-Lastsystem aus drei Briten vertieft untersucht. Durch in-situ-Belastungsexperimente mit geschlossenem Schaumstoff von Aluminium mit einer Dichte von 0,217g/cm3, 0,347g/cm3, 0,414g/cm3 und 0,588g/cm3 wurden die Porosität, die Schicht-für-Schicht-Porosität, die Durchmesserverteilung und die kugelförmige Strukturparameter von Schaumstoff von Aluminium mit unterschiedlicher Dichte verglichen. Die Auswirkungen der Bohrstrukturparameter auf die mechanischen Eigenschaften und die Absorptionseigenschaften von Schaumstoff von Aluminium wurden unterschiede in den mechanischen Eigenschaften von Schaumstoff mit unterschiedlicher Dichte aufgedeckt.
1. Materialien und Methoden
1.1 Materialvorbereitung
Diese Studie basiert auf 1060 industriellem reinem Aluminium als Substrat, TiH2 als Schaumstoff, mit dem Schmelzschaumprozess, die Herstellung von geschlossenen Schaumstoff-Aluminium-Materialien mit einer Größe von Φ30mm x 30mm als Untersuchungsobjekt, und mit der Steigerung der Schaumstoffdichte verringert sich die Schaumstoffbohrung allmählich (Abbildung 1).
Abbildung 1 Vier Dichten von Aluminium-Schaumstoff-zylindrischen Proben:
(A) 0,217g/cm3, (B) 0,347g/cm3, (C) 0,414 g/cm3, (D) 0,588 g/cm3
1.2 Experimentelle Methoden
Mit der nanoVoxel-2000-Serie hochauflösender Röntgen-3D-Mikroskop-CT, die von der chinesischen Tianjin Sanying Precision Instruments Co., Ltd. hergestellt wurde, wurde ein verlustfreier Scan von vier dichten Aluminium-Schaumstoffzylinderförmigen Proben mit einer Auflösung von 25,2 μm durchgeführt.
Drei Briten Präzision nanoVoxel-2000 Mikroskop CT
Verwenden Sie die Rekonstruktionssoftware für eine dreidimensionale Rekonstruktion, um ein dreidimensionales Rekonstruktionsbild zu erhalten (Abbildung 2). Gleichzeitig wird dreidimensionale Visualisierungssoftware angewendet, um die Bohrstrukturparameter wie die Porosität von Aluminium-Schaumstoff und die Schichtenporosität zu analysieren.
Abbildung 2 Dreidimensionale Rekonstruktion Bild von vier Dichten von Aluminium-Schaumstoff
(A) 0,217g/cm³, (B) 0,347g/cm³, (C) 0,414 g/cm³, (D) 0,588 g/cm³
1.3 Ladeprüfungen vor Ort
Mit dem Micro-CT-In-situ-Lastsystem wird ein Achslasttest mit einer Geschwindigkeit von 3 mm/min nach dem Verschiebslastmodus durchgeführt. Als erster Moment, wenn der Druckkopf das Prüfstück berührt, wird die anfängliche Form des Aluminium-Schaumstoffs mit einem Micro-CT-Scan aufgezeichnet, danach wird der Druckkopf alle 3 mm nach unten CT-Scan durchgeführt. Zur Beurteilung der mechanischen Eigenschaften von geschlossenem Schaumstoff-Aluminium werden die Daten über die zugehörige Software erfasst, die Kraft-Verschiebungskurve ermittelt und die Spannungs-Dehnungskurve berechnet.
Darstellung des Micro-CT-in-situ-Ladesystems: (A) Aufsicht des Druckzylinders (B) Flächenplan des Druckzylinders (C) Druckkopf der Druckeinrichtung
2. Hauptergebnisse
2.1 Porosität und Schichtenporosität
Durch CT-Scanning von vier Dichten von Aluminium-Schaumstoffen wurden die leeren Porositäten von vier Aluminium-Schaumstoffen mittels Schwellenteilung ermittelt (Abbildung 3(a)). Die Analyse erhielt die Schicht-nach-Schicht-Porositätsverteilung von vier Arten von Aluminium-Schaumstoff, Abbildung 3 (b) zeigt, dass die Schicht-nach-Schicht-Porositätsverteilung der gleichen Dichte von Aluminium-Schaumstoff in drei Richtungen XY, XZ, YZ im Wesentlichen konsistent ist, die Schicht-nach-Schicht-Porosität von vier Arten von Aluminium-Schaumstoff mit etwa vier Intervallen verteilt ist.
Abbildung 3 (a) Porosität von vier dichten Schaumstoffalauminien (b) Schichtweise Porosität von vier dichten Schaumstoffalauminien
Zur weiteren Analyse der mechanischen Variabilität von Schaumstoffalauminium mit unterschiedlicher Dichte wird die Porosität der Schichten in der XY-Richtung während der gleichmäßigen Belastung verglichen. Ein CT-Scan des Probens pro 3 mm Kompression sollte auf 0,1 werden. Die Ergebnisse der schichtweise Porositätsverteilung bei der Kompression von vier Dichteschaum-Aluminium (Abbildung 4) zeigen, dass die schichtweise Porositätsverteilungskurven ein niedriges, mittleres und hohes Phänomen in beiden Köpfen aufweisen, was mit dem Schaumstoffprozess und der Probenform verbunden ist. Während der Anstieg der Spannung von 0 auf 0,7 kollabiert die Blasenbohrung und bildet sich allmählich eine Verformungszone.
Abbildung 4 Schichtporen von vier dichten Aluminium-Schaumstoffen (A) 0,217 g/cm³, (B) 0,347 g/cm³, (C) 0,414 g/cm³, (D) 0,588 g/cm³
Der Zusammenbruchprozess von Schaumstoff-Aluminium während der Ladung (Abbildung 5) zeigt: Wenn die Spannung auf 0,1 liegt, befindet sich Schaumstoff-Aluminium in der elastischen Phase, die Struktur ändert sich fast unverändert, Schaumstoff-Aluminium kollabiert langsam mit zunehmender Spannung und die Form der Schaumstoffbohrung ändert sich allmählich. Der Blasenkollaps beginnt in der Regel im schwächsten Bereich und bildet eine lokale Deformationszone, die sich allmählich mit zunehmender Spannung erweitert. Bei einer Spannung von 0,7 hat sich die innere Struktur des Schaumstoffalauminiums vollständig verändert, insbesondere das Schaumstoffalauminium mit einer Dichte von 0,58 g / cm3, das nach der Belastung größeren Druck ausgesetzt ist, was schließlich einen Bruch und eine vollständige Zerstörung verursacht, und sein späterer Zusammenbruch ist auch vollständiger als die anderen drei Dichten des Schaumstoffalauminiums.
Abbildung 5 Zusammenbruchprozess von Aluminiumschaum während der Ladung (A) 0,217 g/cm³, (B) 0,347 g/cm³, (C) 0,414 g/cm³, (D) 0,588 g/cm³
2.2 Durchmesserverteilung
Die Durchmesserverteilung ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die mechanischen Eigenschaften und die Energieabsorption von Schaumstoff-Aluminium beeinflusst, die Frequenz und die numerische Prozentsatz-Verteilung der Blasenloch-äquivalenten Durchmesser durch den Wassertrennalgorithmus (Abbildung 6) zeigt: Die Anzahl der Poren von Schaumstoff-Aluminium ist hauptsächlich in kleinen Lochteilen verteilt, mit dem äquivalenten Durchmesser, die Kurve steigt sehr langsam. Je größer die Dichte von Schaumstoff-Aluminium ist, desto kleiner ist der äquivalente Durchmesserverteilungsbereich, die Dichte von Schaumstoff-Aluminium von 0,588 g / cm3 ist halbiert als die äquivalente Durchmesserverteilungsbereich von Schaumstoff-Aluminium von 0,217 g / cm3, und die Blasenform nähert sich der Kugelform mit zunehmender Dichte.
Abbildung 6 Durchmesserverteilung von vier dichten Aluminium-Schaumstoffen
(A) 0,217g/cm³, (B) 0,347g/cm³, (C) 0,414 g/cm³, (D) 0,588 g/cm³
2.3 Kugelform
Die Kugelform kann messen, ob die Blasenform standard ist. Unter Verwendung eines Wassertrennalgorithmus werden Schaumlöcher in Schaumluminium geteilt, um die Oberfläche und das Volumen jedes Schaumlöchers zu berechnen und zu berechnen. Die Kugelverteilung von Schaumstoff-Aluminium (Abbildung 7) zeigt: Je höher die Dichte von Schaumstoff-Aluminium ist, desto dichter ist die Kugelverteilung, desto besser ist die Kugelform. Die erhöhte Porosität wird von mehr unregelmäßigen Blasen begleitet. Die kugelförmige Form des Schaumstoffs ist im Zusammenhang mit dem Schaumstoff-Aluminium-Kondensationsprozess und dem Ablaufphänomen, die kugelförmige Verteilung der vier Arten von Schaumstoff-Aluminium konzentriert sich meistens auf die obere Hälfte, was zeigt, dass die Herstellung von Schaumstoff-Aluminium-Struktur vergleichsweise gleichmäßig ist.
Abbildung 7 Verteilung der Kugelform von vier Dichteschaum-Aluminium-Schaumstoff
(A) 0,217g/cm³, (B) 0,347g/cm³, (C) 0,414 g/cm³, (D) 0,588 g/cm³
Um die Veränderung der Blasenform intuitiver zu erkennen, wird ein dreidimensionales Blasenbild mit einer typischen Aluminiumschaumdichte von 0,588 g/cm³ gezeichnet (Abbildung 8). Die Ergebnisse zeigen, dass die Blasenform meist kugelförmig oder elliptisch ist, nur ein kleiner Teil der Blasenform unregelmäßig ist, was darauf hindeutet, dass die unregelmäßigen Blasenformen, die sich aus Schaumstoff bilden, eine gute kugelförmige Eigenschaft haben.
Abbildung 8 Dreidimensionale Schaumstoffplätze mit einer Dichte von 0,588 g/cm³
2.4 Spannungsverhältnisse bei der Ladung vor Ort
Komprimieren Sie Schaumstoff-Aluminium mit einer konstanten Geschwindigkeit, um sicherzustellen, dass eine konstante Dehnungsrate während der Belastung aufrechterhalten wird, zeigt die erhaltene Spannungs-Dehnungskurve (Abbildung 9): Die Spannungs-Dehnungskurve für höhere Dichte Schaumstoff-Aluminium befindet sich oben. Die Spannungskurve ist in drei Phasen unterteilt: die Elastizitätsphase, die Spannungsplattformphase und die Dichtungsphase. Unter ihnen absorbiert Schaumstoff-Aluminium eine große Menge an Energie während der Spannungsplattform, die Schaumstoffporen werden plastisch deformiert und zusammenbrechen, bis die Spannung in der dichten Phase exponentiell zunimmt, und dieser anhaltende Zusammenbruch wird die Energieabsorption von Schaumstoff-Aluminium beeinflussen.
Abbildung 9 Spannungs- und Dehnungskurve für vier Dichteschaum-Aluminium
Die wichtigsten mechanischen Parameter von Schaumstoff-Aluminium in der elastischen Phase sind in Tabelle 2 dargestellt: Die Erbringungsspannung von Schaumstoff-Aluminium mit einer Dichte von 0,588 g / cm³ ist fast das 7-fache der Erbringungsspannung von Schaumstoff-Aluminium mit einer Dichte von 0,217 g / cm³, und die Erbringungsspannung von vier dichten Schaumstoff-Aluminium ist relativ nahe. Die Elastizitätsmodule von hochdichtem Aluminium-Schaumstoff ist groß, der maximale Unterschied ist etwa das 5-fache.
Tabelle 2 Hauptmechanische Parameter von Aluminium-Schaumstoff in der elastischen Phase
2.5 Energieaufnahme bei der Ladung vor Ort
Die Berechnung ergab, dass die Energieaufnahmekapazität und die Energieaufnahmeeffizienz von vier dichten Aluminium-Schaumstoffen sich mit Spannung und Dehnung ändern (Abbildung 10). Die Zeichnungsergebnisse zeigen, dass die Energieabsorption und die Spannung des Schaumstoffalauminiums in der Nähe einer positiven linearen Beziehung stehen, je größer die Dichte des Schaumstoffalauminiums ist, desto stärker ist die Energieabsorptionsfähigkeit; Je gleichmäßiger die Struktur ist, desto höher ist die Energieabsorptionseffizienz von Aluminium-Schaumstoff; Die Energieabsorptionseffizienz folgt den drei Phasen der Spannungsänderung, die den drei Phasen der Spannungs- und Spannungskurve entsprechen: die langsame Steigerzone (Elastizitätsphase), die starke Steigerzone (Spannungsplattformphase) und die abnehmende Schwächungszone (Dichtungsphase), in der die Spannungsplattformphase die Schlüsselphase ist, die die Energieabsorptionseffizienz der Blasen beeinflusst und die Schlüsselphase der Deformation der Blasenabsorption ist.
Abbildung 10 Energieaufnahme und Energieaufnahme-Effizienz von vier Arten von Dichteschaumaluminium: (a) Energieaufnahme unter verschiedenen Spannungen (b) Energieaufnahme-Effizienz unter verschiedenen Spannungen (c) Energieaufnahme unter verschiedenen Spannungen (d) Energieaufnahme-Effizienz unter verschiedenen Spannungen (σD: Dichtespannung, εD: Dichtespannung)
Im Vergleich zu den mechanischen Eigenschaften von vier verschiedenen Dichten von Schaumstoffalauminium (Tabelle 3) wurde festgestellt, dass die Plattformspannung und die Dichtespannung sowie die Energieabsorptionsfähigkeit unter Dichtespannung mit der Steigerung der Dichte von Schaumstoffalauminium zunehmen. Die Dichte von 0,588 g/cm³ ist die größte und die Dichte von 0,347 g/cm³ ist die kleinste. Die Bohrstrukturparameter des Probens bestimmen die mechanischen Variabilitäten, wie mechanische Eigenschaften, Energieabsorptionseigenschaften und andere, die durch Schaumstoff mit unterschiedlicher Dichte ausgeprägt werden.
Tabelle 3 Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Aluminium mit unterschiedlicher Dichte
Schlussfolgerung
Diese Studie nutzte Micro-CT für CT-Scans von Schaumstoff-Aluminium mit unterschiedlicher Dichte und analysierte die Bohrstrukturparameter von Schaumstoff-Aluminium mit unterschiedlicher Dichte (Porosität, Schicht-für-Schicht-Porosität, Durchmesserverteilung und Kugelform) sowie die mechanischen Eigenschaften und die Energieabsorption bei in-situ-Belastung.
Die wichtigsten Forschungsergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: Der Zusammenbruch von Schaumstoff-Aluminium-Gasporen im Feldlastversuch begann in einem Bereich mit hoher Porosität; Hohe Dichte Schaumstoff Aluminium niedrige Porosität, kleine Luftbohrungen, gute kugelförmige; Die Spannungs- und Dehnungskurve von hochdichtem Aluminium-Schaumstoff befindet sich oben und das Elastizitätsmodul ist groß; Die Energieabsorptionskapazität ist mit der Dichte des Aluminium-Schaumstoffs verbunden, die Energieabsorptionskapazität des Aluminium-Schaumstoffs mit hoher Dichte ist groß, aber die Energieabsorptionseffizienz hängt hauptsächlich von der gleichmäßigen Struktur ab.
Seit jeher konzentriert sich Saning Precision auf die Röntgen-CT-Bildgebungstechnologie und die Produktentwicklung, um den Benutzern neue Methoden und neue Werkzeuge zur Problemlösung zu bieten, und wird auch in Zukunft den Forschern stärkere Unterstützung bieten!
