闭孔泡沫镁材料动态压缩力学性能和吸能特性.pdfVIP

第九届全国冲击动力学学术会议论文集 闭孑L泡沫镁材料动态压缩力学性能 与吸能特性l 陈利件，刘春雷1，张庆明1，徐正国2，杨院生2 (1．北京理工人学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京，10008l； 2．中国科学院金属研究所，辽宁，沈阳，110016) 摘要：基于SHPB实验装置研究了闭孔泡沫镁材料动态压缩过程的力学性能和吸能特性。得到了’不I—J应变率条件下 的压缩心力应变关系曲线及其特征，得到了较高应变率下孔径和相对密度对泡沫镁材料的应力应变关系、屈服强度、 流动应力和弹性模量的影响规律。用单位体积的吸能∥、吸能效率E和理想吸能效率，来表征材料的吸能特性，得 到了不|一J孔径和相对密度条件下的阪E和，值。结果表明孔径对泡沫镁力学件能和吸能特性的影响显著，存在一 个适中的孔径范围，此时泡沫镁的性能最优。随着相对密度增加，屈服强度、弹性模量和单位体积吸能∥显著增加， 吸能效率E的最大值和理想效能，-s曲线变化小明显。研究结果可为多孔材料动态破坏研究和材料及工程设计提供 理论依据和参考。 关键词：泡沫镁；孔径、相对密度；吸能特性；吸能效率；S}Ⅱ)B 中图分类号：TGl46．22；TGll3．2 文献标志码： A 引言 从结构上讲，多孔材料可以看成是由相互连接的同体杆或板组成的众多胞孔单元所构成的11|， 泡沫金属材料作为一种新型工程材料具有其它吸能材料所无法比拟的优点【21：与基体材料相比，由于 胞孔的存在，具有良好的可压缩性和压缩平台应力；与泡沫聚合物相比，其刚度、强度、使用环境 均有较大提高；与泡洙陶瓷相比，其韧性、热性能、电性能及成型性均更有优势。 泡沫镁材料按胞孔结构可分为闭孔泡沫镁和开孔泡沫镁两种，都具有良好的阻尼、抗冲击、电 磁屏蔽、吸卢性能以及生物相容性能。与铝合金相比，镁合金的密度更小，具有比强度和比刚度高， 阻尼吸震性、导热性和抗电磁干扰性好，易于回收等优点13】。此外镁基材料与密致骨的差异比钛和 不锈钢小得多，具有更优越的生物相容性和生物力学相容性，具有其它金属无法比拟的可吸收降解性 一J。因此泡沫镁材料不仅在汽车、航空、航天、造船业等方面具有广泛的应用前景，而且在海陆空武 器装备、建筑、医疗业等方面也具有潜在的用途，可用于汽车的车身结构、飞船的起落架、减震器、 缓冲器、过滤器、消音器、多孔金属电极、信号舱、人体骨骼修复及再植等，是一种大有前途的结 构及功能材料。 研究远远不及铝【5】。国外在多孔镁研究方面，主要是得到了多种成熟的制备镁基多孔材料的方法，对 于材料的力学性质也进行了一定实验测试和分析，但相关文献很少。国内在镁基多孔材料的研究方 面还处于制备方法的探索和材料静态力学性能的初步研究阶段，对于其动态力学性能和特性的研究 尚处于空白。 根据相关文献报道陋引，孔径、相对密度、应变率对力学性能的影响是耦合在一起的，且在动态 加载条件下，泡孔孔径对力学性能的影响比准静态的情况更加明显。本文将对具有优良缓冲吸能作 用的泡沫镁材料展开动态压缩力学性能研究，得到其动态压缩应力应变关系，得到基本力学性能和 吸能特性，分析较高应变率条件下孔径、相对密度对其力学性能和吸能特性的影响规律，为镁基多 孔材料在动加载条件下的力学特性研究提供参考，为推进多孔镁材料的应用奠定基础。 1 实验方法和结果 作者简介：陈利(1969一)，女，副教授，1ichenme@bit．edu．cn 35 第九届全国冲击动力学学术会议论文集 量采用庵变片法，实验中采用电阻戍变片和半导体廊变片．并采用sDY2107超动态麻变仪进行测试， x 通过T吐tronlDP04034数字存储示波器采集实验信呼。 本文实验所用泡沫镁材料是以^z9l镁基台金为基体材料，添加了部分sic陶瓷颗粒，采用髂体发 泡工艺制成的闭孔泡沫镁，平均孔径有O6、l1和20叫二种，相对密度在O18一O44之间，试样为 圆柱形，亢径约30唧，厚鹰根据麻奄率调j宴，动态蜜验试件厚度约10mm：阿l为泡沫镁试件。 渤 鬈||眵鲟 爨；l丛 圈4不lq应变半下赫t缩