泡沫铝材料的吸能与防爆特性研究

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1、分类号UDC密级学位论文泡沫铝材料的吸能与防爆特性研究作者姓名：刘欢指导教师：姚广春教授曹卓坤副教授东北大学材料与冶金学院’申请学位级别：博士学科类别：工学学科专业名称：有色金属冶金论文提交日期：2014年9月论文答辩日期：2014年11月学位授予日期：答辩委员会主席：韩恩厚研究员评阅人：东北大学2014年11月ADissertationinNonferrousMetallurgy_l·●1’●nEnergyabsorptionandexplosionproofabilityofaluminumfoamByLiuHuanSupervisor：Profess

2、orYaoGuangchunAssociateprofessor：CaoZhuokunNortheasternUniversityNovember2014独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：剀参欠El期：yc矿，f／t形学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即

3、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年口学位论文作者签名：却政签字日期：即f坼ff．形导师弛加钟易签郑期：刎乒。】／．少多东北大学博士学位论文摘要泡沫铝材料的吸能及防爆特性研究摘要泡沫铝是一种轻质功能材料，其独特的多孔结构使泡沫铝具有优异的能量吸收及防爆特性。本文针对泡沫铝材料的缓冲吸能特性，对闭孔泡沫铝及填充泡沫铝的铝管在准静态压缩和低速撞击条件下的力学行为进行了研究。

4、利用泡沫铝的防爆特性，研究了泡沫铝及泡沫铝夹芯板在爆炸冲击载荷下的响应。最后通过计算及数值模拟研究了泡沫铝材料应用于制备重型装备空降缓冲平台及陆基导弹发射井井盖的可行性。利用落锤测试设备对6063铝合金泡沫、纯铝泡沫及铸铝201合金泡沫进行轴向低速撞击，讨论了不同基体材料制备的泡沫铝在动态冲击下典型的特征曲线：通过SEM对泡沫铝断口形貌分析，解释了由于基体材料不同引起的变形模式差异：改变泡沫铝密度进行冲击，对泡沫铝剖面分析得到三种不同变形模式：最后分析了泡沫基体材料对能量吸收特性的影响。结果表明，基体材料决定了泡沫铝在动态冲击下的特征曲线及变形模式。低速冲

5、击条件下，若基体材料趋于韧性断裂(纯铝泡沫及6063合金泡沫)，泡沫铝典型的位移．载荷曲线分为初始压缩阶段及渐近压溃阶段。第一阶段曲线线性上升，第二阶段载荷上下振荡，且存在硬化现象。若基体材料趋于脆性断裂(铸铝201合金泡沫)，泡沫铝位移．载荷曲线中第一阶段被拉长，第二阶段载荷振荡幅度较大。泡沫铝在冲击过程中，产生单向剪切变形带。纯铝泡沫及6063合金泡沫中，泡沫铝材料的密度决定了泡沫铝的变形特征。密度范围0．186-0．249g·em-3时，泡沫铝变形集中在内部，变形带呈“V”形或倒“V”形。密度范围0．279-0．436g·cm。3时，泡沫铝变形集中在

6、顶部或底部，变形带呈“I”型。泡沫铝材料比吸能随密度增加而增大，且由于基体材料不同，泡沫铝材料比吸能存在较大差异。对AI-Ca闭孔泡沫铝填充铝管进行准静态压缩，探讨了泡沫铝及其填充铝管的变形过程，对泡沫铝填充前后吸能特性进行测试，明确了泡沫铝与铝管间相互作用。结果表明，泡沫铝在压缩过程中，塑性变形首先产生于薄弱环节，继而剪切变形带形成并向下移动：泡沫铝填充铝管后，二者相互作用使铝管变形模式改东北大学博士学位论文摘要变、压实应变减小；泡沫铝填充铝管的比吸能是铝管及泡沫铝单体比吸能总值的1．3．1．6倍。利用落锤装置对泡沫铝填充铝管进行较高能量(150．130

7、0J)动态冲击。讨论了泡沫铝、铝管及泡沫铝填充铝管三种材料的特征曲线、变形模式及能量吸收特性。通过变形剖面分析明确了泡沫铝及其填充铝管的变形过程。试验结果显示，泡沫铝的填充使铝管变形模式由轴对称变形向不规则变形转变。随填充泡沫铝密度的增加，峰值载荷如、峰值载荷下降幅度△R、第二阶段载荷波动幅度△厢及平均载荷均呈增大趋势。与铝管复合后的泡沫铝质量比吸能比复合前提高25-45％，体积比吸能提高90．118％，吸能效果显著提高，但缓冲时间有所降低。通过爆炸实验设备，系统研究钢板及钢板／泡沫铝／钢板复合三明治板在爆炸冲击载荷下的响应，利用PVDF应变片对爆炸冲击波

8、峰值应力进行测试。实验对比了钢板及泡沫铝夹芯三明治板对冲击波峰值应