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泡沫铝夹芯板的三点弯曲疲劳性能

材料科学与工程学报 2024年

作者：赵明凯王慧慧万一品宋绪丁长安大学道路施工技术与装备教育部重点试验室

为探讨夹芯板结构准静态下的弯曲失效模式和疲劳性能，以304不锈钢为面板，7050铝合金基体闭孔泡沫铝为芯层，组成泡沫铝夹芯板结构。基于三点弯曲试验获得夹芯板结构损伤变形过程和静态峰值载荷。通过三点弯曲疲劳试验得到疲劳寿命和... 详细信息

为探讨夹芯板结构准静态下的弯曲失效模式和疲劳性能，以304不锈钢为面板，7050铝合金基体闭孔泡沫铝为芯层，组成泡沫铝夹芯板结构。基于三点弯曲试验获得夹芯板结构损伤变形过程和静态峰值载荷。通过三点弯曲疲劳试验得到疲劳寿命和破坏形式，采用最小二乘法和极大似然法绘制夹芯板的S-N和P-S-N曲线，并进行对比分析。结果表明：夹芯板在静态加载时的弯曲失效与载荷-位移曲线相吻合；在疲劳加载时失效方式较为单一，90%的试件因芯层断裂而失效。夹芯板疲劳寿命随着面板厚度的增加而增加，芯层密度从0.60 g/cm3增加到0.73 g/cm3时，疲劳寿命反而出现下降；当芯层密度为0.60 g/cm3，面板厚度为0.6 mm，夹芯板结构对加载水平敏感度最低。研究结果为夹芯板结构工程应用提供了设计基础。

关键词：泡沫铝夹芯板面板厚度芯层密度疲劳性能

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泡沫铝夹芯板重复击穿塑性响应及失效破坏

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第1期48卷 43-49页

作者：王贤贵郭开岭封少雄朱凌武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学威海研究院威海264300

文中基于泡沫铝夹芯板的重复冲击实验,研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响,并分析了其变形累积和能量耗散特性.结果表明:冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式,进而影响夹芯板的失效破坏模式.当α为0.2时,夹... 详细信息

文中基于泡沫铝夹芯板的重复冲击实验,研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响,并分析了其变形累积和能量耗散特性.结果表明:冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式,进而影响夹芯板的失效破坏模式.当α为0.2时,夹芯板主要产生局部凹陷,芯层通过局部压缩耗散能量,正面板首先发生破坏;当α达到0.4时,夹芯板主要产生整体弯曲和拉伸,芯层通过整体压缩耗散能量,背面板首先发生破坏.α越大,碰撞力峰值越大,碰撞时间越短,夹芯板的抗击穿次数越大.冲击能量越大,夹芯板在重复冲击下的能量恢复系数越小.

关键词：泡沫铝夹芯板重复击穿动态响应能量耗散冲头形状失效破坏

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泡沫铝夹芯板的低速冲击行为与仿真模拟

材料与冶金学报 2023年第1期22卷 67-74页

作者：孙宇杰高强马婉婷祖国胤东北大学材料科学与工程学院沈阳110819

采用包套轧制-粉末冶金发泡工艺,制备了具有冶金结合界面的三明治型闭孔泡沫铝夹芯板;通过落锤冲击实验,研究了在不同的冲击能量和面板厚度下泡沫铝夹芯板的冲击损伤过程.结果表明:当冲击能量由60 J增加到120 J时,峰值载荷由5998.55 N... 详细信息

采用包套轧制-粉末冶金发泡工艺,制备了具有冶金结合界面的三明治型闭孔泡沫铝夹芯板;通过落锤冲击实验,研究了在不同的冲击能量和面板厚度下泡沫铝夹芯板的冲击损伤过程.结果表明:当冲击能量由60 J增加到120 J时,峰值载荷由5998.55 N增加到6502.86 N,增幅达8.41%,基体损伤区域增大;当冲击能量为90 J时,可通过适当增加上、下面板的厚度来提高泡沫铝夹芯板的抗冲击性能.利用有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板低速冲击过程的数值模型,并通过实验结果验证了数值计算结果的可靠性,为设计新型的轻质、高抗冲击性能泡沫铝夹芯结构提供了理论依据.

关键词：泡沫铝夹芯板冶金结合落锤冲击 ABAQUS

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泡沫铝夹芯板塑性成形与成形件表面质量研究

泡沫铝夹芯板塑性成形与成形件表面质量研究

作者：张伟光吉林大学

学位级别：硕士

夹芯复合板是一种由面板和夹芯组合而成的轻量化材料,这种特殊结构具有优异的力学性能和功能特性,其密度低、强度和刚度高,抗冲击性强,同时具有减震、保温等性能。夹芯板广泛应用于汽车、航空航天和船舶等领域,夹芯复合板曲面也有大量... 详细信息

夹芯复合板是一种由面板和夹芯组合而成的轻量化材料,这种特殊结构具有优异的力学性能和功能特性,其密度低、强度和刚度高,抗冲击性强,同时具有减震、保温等性能。夹芯板广泛应用于汽车、航空航天和船舶等领域,夹芯复合板曲面也有大量的工程需求。传统的夹芯板曲面制备方法是将面板和夹芯分别成形,然后连接成复合曲面,这种方法低效、成本高,并且面板与夹芯的连接精度难以保证。夹芯平板直接塑性成形夹芯板曲面则能克服传统方法的缺点,提高生产效率。但夹芯板的成形相较于普通金属板更为复杂,受到多种因素的影响,目前,相关的研究还不多。本文以泡沫铝夹芯板为研究对象,通过数值模拟的方法,对泡沫铝夹芯板单曲率和双曲率塑性成形的特点、成形缺陷及表面质量进行了研究,主要的研究内容如下:1.根据泡沫铝本身的发泡特点,在考虑计算效率和真实性的情况下,确定了立方球(CS)和正十四面体(TKD)两种泡沫铝夹芯细观模型用于夹芯板塑性成形数值模拟分析。针对泡沫铝夹芯板塑性成形出现的表面缺陷特点,定义了夹芯板表面质量的评价参数。2.采用CS与TKD模型,构建了泡沫铝夹芯板的多点柱面、球面和鞍面成形有限元模型,对成形过程中的上面板、下面板以及夹芯的应力应变分布特点进行了分析,发现面板在非支撑区域的应力应变较大,夹芯在弯曲方向和与面板接触区域的变形较大。CS模型的球形孔壁和TKD模型的倾斜孔壁上的等效应力和等效应变值较小。成形过程中出现的面板起皱、局部直面以及表面凹坑缺陷是决定表面质量的主要因素,分析了夹芯材料性能和夹芯厚度对夹芯断裂缺陷的影响。3.以夹芯板柱面、球面和鞍面为研究对象,通过有限元分析了夹芯板上面板厚度、下面板厚度、夹芯单胞尺寸、面板材料性能和成形曲率半径对夹芯板应力应变以及表面质量的影响规律。比较了不同上、下面板厚度和成形曲率半径下成形件法向偏差的差异。对比了成形件和细观模型表面质量的评价参数,验证了两种细观模型的有效性。4.对泡沫铝夹芯板进行了柱面、球面和鞍面的多点成形实验,比较了三种夹芯板曲面的夹芯断裂缺陷。运用三维扫描设备ATOS Triple Scan 16M对成形件表面进行测量,对比了数值模拟结果与成形件的截面轮廓线,验证数值模拟结果的形状精度。

关键词：泡沫铝夹芯板细观模型塑性成形表面质量数值模拟

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泡沫铝夹芯板的低速冲击行为与仿真模拟研究

材料与冶金学报 2022年

作者：孙宇杰高强马婉婷祖国胤东北大学材料科学与工程学院

采用包套轧制-粉末冶金发泡工艺制备具有冶金结合界面的三明治型闭孔泡沫铝夹芯板，通过落锤冲击实验研究在不同冲击能量和不同面板厚度下泡沫铝夹芯板的冲击损伤过程。结果表明，当冲击能量由60J增加到120J时，峰值载荷由5998.55N增加... 详细信息

采用包套轧制-粉末冶金发泡工艺制备具有冶金结合界面的三明治型闭孔泡沫铝夹芯板，通过落锤冲击实验研究在不同冲击能量和不同面板厚度下泡沫铝夹芯板的冲击损伤过程。结果表明，当冲击能量由60J增加到120J时，峰值载荷由5998.55N增加到6502.86N，增幅达8.41%，基体损伤区域增大；当冲击能量为90J时，可通过适当增加上、下面板厚度来提高泡沫铝夹芯板抗冲击性能。利用有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板低速冲击过程的数值模型，并通过实验结果验证了数值计算结果的可靠性，为新型轻质、高抗冲击性能的泡沫铝夹芯结构设计提供了理论依据。

关键词：泡沫铝夹芯板冶金结合落锤冲击 ABAQUS

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泡沫铝夹芯板的钎焊及力学性能的研究

泡沫铝夹芯板的钎焊及力学性能的研究

作者：佘宗宇河北工业大学

学位级别：硕士

泡沫铝夹芯板是一种轻质和具备高吸能性的新型抗冲击防护结构,在交通运输、船舶制造、航空航天等领域具有广阔的应用前景。本文采用Sn-x Zn(x=4,9,20wt.%)钎料,以铝合金作为面板,通过超声钎焊工艺制备了泡沫铝夹芯板,分析了Zn元素对钎... 详细信息

泡沫铝夹芯板是一种轻质和具备高吸能性的新型抗冲击防护结构,在交通运输、船舶制造、航空航天等领域具有广阔的应用前景。本文采用Sn-x Zn(x=4,9,20wt.%)钎料,以铝合金作为面板,通过超声钎焊工艺制备了泡沫铝夹芯板,分析了Zn元素对钎焊界面的强化机制。系统研究了钎料成分、面板组合等对泡沫铝夹芯板的准静态压缩性能、低速冲击性能和高速冲击性能的影响,并探讨了泡沫铝夹芯板在高速冲击载荷下压缩损伤演变行。研究结果表明,采用Sn-x Zn(x=4,9,20wt.%)钎料超声钎焊制备的泡沫铝夹芯板接头具有高的界面连接强度,拉伸断裂于泡沫铝中。钎料中的Zn元素溶解了铝合金及泡沫铝表面,在界面位置形成Al(Zn)固溶体。Zn元素含量的增加会使铝合金的表面产生过渡层,Zn元素的引入使钎焊界面的结合方式由Al/Sn结合转变为Al/Zn/Sn结合。使用4wt.%Zn钎料的钎缝微观组织为β-Sn+Sn-Zn共晶+α-Al。当Zn含量为9wt.%时,钎缝中生成杆状富Zn相,钎缝微观组织为Sn-Zn共晶+α-Al+杆状富Zn相。当Zn含量增加至20wt.%,α-Al的数量增多,钎缝微观组织为Sn-Zn共晶+α-Al+粗大杆状富Zn相。泡沫铝夹芯板准静态压缩性能的研究结果表明,钎焊界面的固定作用限制了面板和泡沫铝在压缩过程中发生相对移动,提高了泡沫铝夹芯板的屈服强度。由于钎焊接头存在良好的力学性能,压缩变形集中在芯层的泡沫铝,钎料成分及面板组合对泡沫铝夹芯板的准静态压缩性能影响不大。泡沫铝夹芯板低速冲击响应的研究结果表明,不同面板组合泡沫铝夹芯板的前面板失效形式主要表现为面板凹陷、面板褶皱及面板断裂,前面板应避免使用强度过高的2024Al。选择具备良好塑韧性的1060Al面板可以通过塑性弯曲充分的压缩芯层泡沫铝,避免泡沫铝夹芯板发生面板断裂现象,1060Al/泡沫铝/1060Al组合夹芯板的冲击功可以达到12.86J。由于不同钎料成分泡沫铝夹芯板存在相同的失效形式,钎料成分对泡沫铝夹芯板的低速冲击性能无明显影响。泡沫铝夹芯板高速冲击响应的试验结果表明,较60%孔隙率的泡沫铝而言,面板和钎料层的引入增加了应力波的反射次数,使压缩强度提高了85.71%。钎料成分对泡沫铝夹芯板的高速冲击性能存在明显影响,由于钎缝中无富Zn相/Sn-Zn共晶组织连接界面,采用Sn-4Zn亚共晶钎料制备的泡沫铝夹芯板具有良好的缓冲吸能性能。按照“硬”/泡沫铝/“软”的组合方式排列可改善泡沫铝夹芯板的缓冲吸能性能,2024Al/泡沫铝/1060Al夹芯板的缓冲吸能能力最优。使用ANSYS模拟分析了泡沫铝夹芯板在高速冲击载荷下的力学响应,发现过低的芯层孔隙率会降低泡沫铝夹芯板的缓冲效率,过高的芯层孔隙率会使泡沫铝夹芯板过早的进入致密化阶段,66.27%孔隙率的泡沫铝夹芯板的缓冲效率最高。冲击速度的升高会增大泡沫铝夹芯板的变形坍塌程度,使保护对象承受较高的应力值。保护对象厚度的增加会使泡沫铝夹芯板的坍塌变形程度增大,从而提高了缓冲效率。芯层厚度对泡沫铝夹芯板的缓冲吸能性能存在明显影响,泡沫铝厚度由10mm增加至20mm时,保护对象的加速度峰值由5027g降低至3072g,泡沫铝夹芯板的缓冲效率由82.38%提高至89.09%。在冲击过程中,泡沫铝夹芯板通过坍塌变形进行缓冲吸能,坍塌变形集中在芯层的泡沫铝。泡沫铝的变形优先发生在薄弱胞壁位置,薄弱胞壁会通过形成塑性铰链进行旋转和弯曲,泡沫铝夹芯板整体按照从后至前的顺序逐层发生坍塌。

关键词：泡沫铝夹芯板超声波钎焊失效形式缓冲性能有限元模拟

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泡沫铝夹芯板弯曲疲劳寿命及失效模式研究

热加工工艺 2022年第10期51卷 56-60页

作者：宋绪丁王冬荆传贺长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西西安710064

采用三点弯曲实验对粘结法制备的泡沫铝夹芯板疲劳性能进行了实验研究,分析了不同面板厚度和芯层密度对夹芯板弯曲疲劳寿命及失效模式的影响。结果表明:泡沫铝夹芯板的平均寿命由面板厚度和芯层密度共同决定,疲劳寿命随着面板厚度及芯... 详细信息

采用三点弯曲实验对粘结法制备的泡沫铝夹芯板疲劳性能进行了实验研究,分析了不同面板厚度和芯层密度对夹芯板弯曲疲劳寿命及失效模式的影响。结果表明:泡沫铝夹芯板的平均寿命由面板厚度和芯层密度共同决定,疲劳寿命随着面板厚度及芯层密度的增加而增加;复合结构的弯曲疲劳主要失效模式为芯层剪切失效模式。研究结果可为泡沫铝夹心板的实际工程设计及应用提供参考。

关键词：泡沫铝夹芯板三点弯曲疲劳性能失效模式

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泡沫铝夹芯板低速冲击性能研究

东北大学学报（自然科学版） 2014年第11期35卷 1583-1587页

作者：祖国胤刘佳李小兵孙世亮东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110819

对包套轧制及胶粘泡沫铝夹芯板进行了低速冲击试验,分析了两种夹芯板在低速冲击下的力学响应及破坏形式.结果表明,两种结合界面的夹芯板都具有吸能特性,但冶金结合夹芯板抗冲击的缓冲时间明显长于胶粘结合夹芯板.随着加载冲量的增加,冶... 详细信息

对包套轧制及胶粘泡沫铝夹芯板进行了低速冲击试验,分析了两种夹芯板在低速冲击下的力学响应及破坏形式.结果表明,两种结合界面的夹芯板都具有吸能特性,但冶金结合夹芯板抗冲击的缓冲时间明显长于胶粘结合夹芯板.随着加载冲量的增加,冶金结合夹芯板的屈服载荷和平台载荷增加,缓冲时间缩短,抗冲击过程表现出明显的应变率效应.冶金结合夹芯板破坏模式主要为芯层剪切、压实和面板塌陷.

关键词：泡沫铝夹芯板低速冲击破坏模式极限载荷冶金结合

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泡沫铝夹芯板重复击穿塑性响应及失效破坏

武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2023年

作者：王贤贵郭开岭封少雄朱凌高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉理工大学威海研究院武汉理工大学船海与能源动力工程学院

泡沫铝夹芯结构具有优异的抗冲击性能，在舰船舷侧结构的冲击防护领域具有巨大的应用价值。本文开展了泡沫铝夹芯板的重复冲击实验，研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响，并分析了其变形累积和能量耗散特性。研究表明，冲... 详细信息

泡沫铝夹芯结构具有优异的抗冲击性能，在舰船舷侧结构的冲击防护领域具有巨大的应用价值。本文开展了泡沫铝夹芯板的重复冲击实验，研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响，并分析了其变形累积和能量耗散特性。研究表明，冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式，进而影响夹芯板的失效破坏模式。当α为0.2时，夹芯板主要产生局部凹陷，芯层通过局部压缩耗散能量，正面板首先发生破坏；当α达到0.4时，夹芯板主要产生整体弯曲和拉伸，芯层通过整体压缩耗散能量，背面板首先发生破坏。α越大，碰撞力峰值越大，碰撞时间越短，夹芯板的抗击穿次数越大。冲击能量越大，夹芯板在重复冲击下的能量恢复系数越小。

关键词：泡沫铝夹芯板重复击穿动态响应能量耗散冲头形状失效破坏实验研究