吸能緩沖材料

1、泡沫金屆是一種以金屆或金屆合金為基體，包含大量胞孔的輕質(zhì)多孔材料。泡沫金屆以其獨特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的性能，它兼有結(jié)構(gòu)材料和功能材料的特性：作為結(jié)構(gòu)材料，它具有輕質(zhì)和高比強(qiáng)度的特點；作為功能材料，它同時 具備吸聲，隔音，隔熱（閉孔），散熱（開孔），阻燃，減振，阻尼，抗沖擊，電磁波 屏蔽等多種物理性能?；谄鋬?yōu)良性能，目前在汽車工業(yè)、航天航空、建筑工業(yè) 和鐵路運輸?shù)阮I(lǐng)域都已獲得了廣泛的應(yīng)用 ，而且金屆泡沫材料的應(yīng)用范圍正隨 著制造工藝的逐漸成熟和人們對其性能研究的日益深入而迅速擴(kuò)大。在動態(tài)壓縮實驗中，不管泡沫金屆的密度為多少，其應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線與準(zhǔn) 靜態(tài)壓縮條件下的響應(yīng)曲線是一樣的，均經(jīng)過三個

2、階段：彈性段，屈服段及致密 段。但在動態(tài)條件下應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)還有著與準(zhǔn)靜態(tài)下不同的特征：動態(tài)條件下的 屈服應(yīng)力比靜態(tài)條件下的要高，并隨著應(yīng)變率的增加，屈服應(yīng)力的增加有上升的 趨勢；動態(tài)條件下的平臺區(qū)應(yīng)變比靜態(tài)條件下的稍低，平臺區(qū)長度稍短。泡沫金 屆的壓縮應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線上出現(xiàn)較長的塑性變形段，這表明泡沫材料在被壓縮過程中能夠在保持相對較低的應(yīng)力下吸收大量的壓縮能量 ，泡沫鋁是一種以鋁或鋁合金為金屆骨架，包含大量孔洞的低密度、高比表面積 多孔泡沫金屆材料。它是一種功能和結(jié)構(gòu)一體化的新型材料，自20世紀(jì)90年代 以來,引起人們的廣泛關(guān)注。其具有良好的緩沖吸能性能，一定的強(qiáng)度、岡Q度，輕 質(zhì)，可用作結(jié)

3、構(gòu)材料和緩沖吸能材料 。與泡沫塑料相比，泡沫金屆具有很多的優(yōu)點 強(qiáng)度局，能實現(xiàn)局能量的吸收；熔點局，具有局溫穩(wěn)定性；耐候性好，不易老化。作為一種緩沖減震材料，泡沫鋁的抗爆性能，A. G. Evan s等提出泡沫鋁的抗爆模型，并從能量吸收角度利用經(jīng)驗公式進(jìn)行計算，對于一定的爆轟波需要多厚 的泡沫鋁防護(hù)層。通過泡沫鋁在爆炸載荷下沖擊波傳播特性實驗研究表明，泡沫 鋁具有明顯的本構(gòu)粘性效應(yīng)，是導(dǎo)致沖擊波傳播中吸收和彌散現(xiàn)象的主要原因 ， 追趕卸載會進(jìn)一步促進(jìn)沖擊波的衰減。泡沫鋁在動態(tài)載荷下所表現(xiàn)出來的力學(xué)性 能，充分說明泡沫鋁是一種優(yōu)良的新型抗爆吸能和抗沖擊緩沖材料，所以選擇泡沫鋁作為吸能防撞塊。泡沫

4、鋁在吸能方面的結(jié)構(gòu)性能特點由于制備工藝不同，從結(jié)構(gòu)上看，泡沫鋁可分為閉孔和開孔結(jié)構(gòu)。前者含有 獨立存在的氣泡，而后者是連續(xù)貫通的架構(gòu)。泡沫鋁的性能主要取決于分布在三 維骨架間的孔隙特征，即孔的形態(tài)、分布，類型、形狀、結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)：泡沫鋁是一種輕質(zhì)材料，密度為金屆鋁的0.10.4倍（180480kg/m3）;且它有較大的孔徑（0.3 7mm）、較高且可控的孔隙率（63%-90%）、 較高的比表面積（1045cm2/cm3）;它的密度可在很大范圍內(nèi)變動，一般孔隙 率越大其密度越小。高比剛度：其抗彎比剛度為鋼的1.5倍；阻尼減震性能及沖擊能量吸收率：阻尼性能為金屆鋁的5-10倍。孔隙率為 84%的泡沫

5、鋁發(fā)生50%變型時，可吸收2.5MJ/M3C以上的能量。不燃燒且有較好的耐熱性。耐腐蝕性、耐候性好：低吸濕，不老化，無蠹性。易加工：切割、鉆孔、膠結(jié)方便；經(jīng)模壓可彎曲成所需形狀；能用有機(jī)或無 機(jī)漆進(jìn)行表面處理；Zn iAl £u基合金釬料為理想焊料。ffi 1 CCAF宏硯形貌泡沫鋁在尺寸方面的確定緩沖防護(hù)材料泡沫鋁的彈性模量E已知，還已知被防護(hù)對象的質(zhì)量m、承載面積A、沖擊動能U以及它能承受的最大加速度 a等參數(shù)。該類設(shè)計的算法 如下。(1)被護(hù)對象所能承受的最大作用力 F=ma,所以峰應(yīng)力？?？? 對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化峰應(yīng)力水平值為？?？E。(2)選擇初始厚度t1 ,由沖擊速度V可得近似

6、應(yīng)變率值？?=v/t1(3)由以上求得的標(biāo)準(zhǔn)化峰應(yīng)力與近似應(yīng)變率，在能量吸收圖上可以直接確定W/E的值，即得緩沖防護(hù)材料單位體積吸收的能量值W。由此計算出新的襯墊厚度 t 2=U/(WA)。參照步驟(2)的方法，由新的襯墊厚度算出新的應(yīng)變速率？?=v/t。由新的應(yīng)變速率，再利用步驟(3)的方法確定新的 W值。得到理想襯W* 1。*10J稀度化嶂成力砰不同成斐理率(瞌童魔標(biāo)啥ft姓曜后的包遮銳卜2時同一理童速率電下箓f*91神防護(hù)材料的應(yīng)力埋變曲線尋淮化峰函為(tr/E,) (b)標(biāo)準(zhǔn)化批用一后的包諭就這樣不斷迭代，在前后兩次的厚度之差達(dá)到精度要求時便可收斂, 墊的厚度，計算泡沫鋁的的參數(shù)，彈性模量 E=70GPa總質(zhì)量約為 m=300kg運動速度 3v=7.0m/s、所能承受最大加速度取a=40g (平均減速度應(yīng)不超過20個g,最大 減速度少丁或等丁 40g。)、泡沫鋁橫截面去(200x100mm),即A=0.2x0.1=0.02 (平方米)。在滿足大賽要求(A安裝在前隔板前；B沿車架中心軸線方向至少200mm； C至 少100mm高，200mm寬，至少在前隔板前200mm；)及安全的情況下，可取泡 沫鋁塊長度為200250mm。為滿足輕量化要求取泡沫鋁塊的長