発泡金属材料の圧縮塑性力学に関する研究

経済の発展と社会の進歩に伴い、産業技術は急速に発展してきました。 複合材料の開発と新材料の探索は、今日の産業分野で重要なトピックです。 新しいタイプの材料として、従来の金属材料や多孔質ポリマー材料と比較して、金属発泡体は機能性材料の特性を備えているだけでなく、構造材料の特性も考慮に入れています。 それは明らかな利点と幅広い開発の見通しを持っています。 今日、発泡金属材料は、自動車産業、建設産業、航空分野などの多くの分野で適用されており、新材料の分野における研究の重要なトピックの1つになっています。

1.発泡金属の特性

フォーム素材には、金属の骨格と細孔があります。 従来の金属材料と比較して、従来の金属溶接性などの基本的な特性と、多数の内部細孔を備えています。 発泡金属が独自の利点を持っているのは、まさにこれらの内部細孔の存在のためです。

1.1透過性

発泡金属には多数の細孔がありますが、貫通-細孔構造のみが透過性を持っているため、閉鎖セルの数も大きな割合を占めます。したがって、閉鎖細孔は透過性に大きな影響を与えます。 同時に、透過性は、細孔サイズのサイズと透過液の特性にも関係しています。

1.2ノイズリダクションと衝撃吸収

発泡金属に存在する貫通-穴構造は、入ってくる音波と振動を熱エネルギーに変換し、それを放散させることができます。 ノイズリダクションと衝撃吸収の性能は、その気孔率の高さと直径のサイズに直接関係しています。 同時に、発泡金属はアスベストや他の材料よりも耐久性があり、強度が高く、難燃性が優れています。

1.3熱伝導率

発泡金属の熱伝導率は、金属材料よりも優れており、断熱材よりも低く、その熱伝導率はその気孔率に直接関係しています。 クローズド-セル構造は、スルー-ホール構造よりも優れた断熱性能を備えています。 対流条件下では、気孔率を増やし、細孔サイズを拡大すると、対流熱伝達能力を向上させることができます。

1.4電気的性質

細孔構造のため、減衰は非常に良好です。 高分子ポリマーを細孔に充填すると、減衰特性を効果的に向上させることができます。 発泡金属の場合、減衰特性は表面積のサイズに直接関係します。

2.発泡金属材料の構造形態

人々が構造材料を研究して使用するとき、彼らは最初に材料の機械的特性を考慮しなければなりません。 したがって、機械的特性は、材料性能評価の重要なパラメータです。 材料自体の機械的特性について-詳細な調査を行うには、まず材料の構造と形態を理解する必要があります。

発泡金属材料の本体は金属骨格と細孔であり、細孔には2種類の貫通-穴と閉じた-セルが含まれます。 貫通-穴構造はオープンセルとも呼ばれます。つまり、発泡金属の内側にある1つの空気穴が開いており、空気穴は互いに接続されています。 閉じた-セル構造の細孔は閉じており、互いに独立しており、親金属から分離されています。 ほとんどの発泡金属含有構造では、独立気泡と連続気泡が共存することに注意する必要があります。

スロープメタルの支持構造は、穴の壁、リブ、ジョイントに分けることができます。 オープン-セル構造では、細孔は相互接続されており、孤立した細孔壁は不完全ですが、クローズド-セル構造では、完全な細孔壁によって細孔が分離されています。 細孔壁がリブよりもはるかに薄い場合、発泡金属材料の全体的な機械的特性に対する細孔壁の影響は非常に弱く、準-連続気泡構造と見なすことができます。

3.発泡金属材料の圧縮機械的特性

3.1静的圧縮動作

発泡金属材料の応力-ひずみ曲線は3つの段階に分けられます（図1を参照）。最初の段階は弾性変形段階、2番目の段階は降伏プラトー段階、3番目の段階は崩壊です。圧縮段階。 最初は、ひずみは小さく、応力-ひずみの中心は線形弾性です。 その後、ひずみは増加し続け、応力はプラトー段階にあり、ほぼ一定または小さな変化の状態にあり、最後に、発泡金属材料の内部穴が連続的に押し出されて、材料は応力が急激に増加する圧縮状態。 圧縮力の作用下での発泡金属材料の変形メカニズムは、主にプリズムの曲げと穴壁フィルムの曲げと伸長です。 ただし、材料の一部の穴はそれ自体が弱いものです。 ひずみが局所的な位置に集中すると、元々弱い穴が最初に押し出しの作用で押しつぶされ、次に隣接する穴が押しつぶされ続け、シーケンシャルトランスミッションが形成されます。 この状況は、最終的に「変形ゾーン」の作成につながりました。 「変形帯」の連続的な膨張により、破壊応力の膨張と伝達が材料全体に影響を与える場合、それは材料全体が押しつぶされていることとして現れます。 金属発泡材料の圧縮塑性変形は、-層移動による層-によって連続的に破壊されていることがわかります。

実験結果は、発泡金属材料が圧縮力を受けると、弾性変形段階が非常に短く、ひずみが2％に達すると、発泡金属の降伏プラトー期間に入るということを示しています。材料、圧縮降伏応力と降伏プラトー応力は等しいです。

3.2動的圧縮動作

発泡金属の衝撃-吸収特性により、多くの場合に使用される優れた衝撃-吸収および緩衝材になります。 動的圧縮荷重下での発泡金属の機械的特性の研究は、新素材の分野でホットな問題です。 静的圧縮荷重下の機械的特性と比較して、動的圧縮荷重の機械的特性はより複雑です。 動的圧縮では、慣性効果やひずみ速度効果など、一連の動的効果を十分に考慮する必要があります。 発泡金属材料の圧縮変形メカニズムによれば、ひずみ速度が高いほど材料の降伏強度が向上します。 静的圧縮荷重の条件下で、発泡金属材料は層ごとに圧縮変形を受け、細孔壁の１つの層は曲げ変形、すなわち、細孔の第２の層の崩壊への塑性変形の第１段階を受ける。 作用の下で、それはすべての細孔が曲がって密な程度に圧縮されるまで層ごとに崩壊します。 この変形過程は均一ではなく、特定の部分で不安定です。 次に、動的圧縮荷重の条件下で、応力が増加し、材料の強化は主に2つの要因の影響を受けます。 1つは、衝撃速度が継続的に増加すると、衝撃面の細孔がより緊密に圧縮されるため、降伏応力が継続的に増加することです。 もう1つは、動的圧縮には顕著な局在化機能があり、圧縮塑性変形ゾーンのひずみ速度が増加し、マイクロ-慣性の効果により、対称および非対称の変形モードが強化されます。