多孔材料力学性能与结构设计.ppt

多孔材料概述 优点 分类 结构参数 相对密度低，比模量、比强度高，具有良好的减振和能量吸收能力 闭孔——蜂窝结构 通孔——泡沫结构 孔隙率（密度）、孔径、通孔度、密度及比表面积等 多孔材料的压缩性能 多孔材料的拉伸性能 多孔材料的力学性能指标 失效类型 临界应力 闭孔 通孔 弹性弯曲 σel*/Es 0.15(ρ*/ρs)3 0.05(ρ*/ρs)2 塑性变形 σpl*/σs 0.5(ρ*/ρs)2 0.3(ρ*/ρs)3/2 开裂 σf*/σf 0.33(ρ*/ρs)2 0.65(ρ*/ρs)3/2 压缩模量 屈服应力值 金属多孔材料力学性能的其他表征 环拉强度由公式δ=F/S计算 其中δ为环拉强度，F为破坏金属多孔环时的瞬时力，S为多孔圆环受力面积 金属多孔材料力学性能的其他表征 金属多孔材料力学性能的其他表征 典型金属多孔材料力学性能的研究进展 典型金属多孔材料力学性能的研究进展 典型金属多孔材料力学性能的研究进展 基于改善多孔材料力学性能的结构设计 剪切弹性模量参数对结构设计的影响 当多孔材料中两相组分的剪切模量比值不一样的时候，分别设计成了不同的结构来满足力学性能的要求。 基于改善多孔材料力学性能的结构设计 金刚石结构的泡沫金属 依据金刚石的晶体结构设计的泡沫骨架具有高强度和高刚度的特点 基于改善多孔材料力学性能的结构设计 双重孔径泡沫金属 双重孔径泡沫金属的弹性模量和压缩强度均明显高于相同密度的单一孔径泡沫金属，相对密度为0.18的双重孔径泡沫金属弹性模量和屈服应力比单一孔径泡沫金属分别提高达90%和60%； 材料弹性模量随孔径比的增加而增大，压缩屈服应力随孔径比的增加先增大后减小，使材料压缩强度最优的孔径比为0.425。 (a)是高弹性多孔材料如橡胶的压缩曲线，(b)是弹塑性多孔材料如金属的压缩曲线，(c)是脆性多孔材料如陶瓷的压缩曲线。压缩时，在第一阶段，三种材料的胞壁都产生弯曲;达到临界应力(主要与构成胞壁的材料有关)后进入第二阶段，此时胞壁进一步变形，孔洞逐渐坍塌。此时，对高弹体是由胞壁的弹性变形所致，其变形可以恢复，如我们熟知的海绵;对弹塑性体是由于在最大弯矩处发生塑性铰;对脆性体是因为胞壁的脆性破坏，显然后两种是不可恢复的。最后进入第三阶段，这时胞壁被压在一起，孔洞完全消失，变成了实体材料的压缩。 * (d)是高弹性多孔材料如橡胶的拉伸曲线，(e)是弹塑性多孔材料如金属的拉伸曲线，(f)是脆性多孔材料如陶瓷的拉伸曲线。第一阶段与压缩相同，胞壁弯曲，因而曲线斜率即弹模一样。但高弹体不弯曲，而是沿拉伸方向旋转，刚度增加；弹塑性体与压缩时基本相似；脆性体拉伸时会突然破坏，相应的应力较低，与缺陷如裂纹、切口和损伤的胞元束有关，可用断裂力学方法计算其裂纹扩展。 * 式中：Es为多孔材料固体成分的压缩弹性模量；Ch和Cf分别为比例系数，其中Ch值接近1.5，而Cf值接近1。 * 实现方法：将2个半圆柱状拉伸模套在通过等静压成型的管子的内壁，从拉伸模通孔处施加一对向外的拉力。 * 实现方法：将一定宽度的试样两点支撑在压力试验机平台上，试样中部正对压头，缓慢加压，试验时观察试样底部中间部位，当出现裂纹是立即停止。 * 实现方法：将加工好了的金属多孔材料片样放置在装置中，用上冲头向下加力，直至多孔试样破坏为止，用试样所承受的最大压力计算剪切强度。 * 这主要是因为烧结金属纤维多孔材料内部的缺陷比较少 这主要是因为随着金属纤维多孔材料单位体积内纤维的结点数目的增加而使得材料整体强度提高。 * 在剪切作用下, 强实体材料分布在结构上、下边缘( 蒙皮) 承载拉压应力, 夹芯多孔微结构以45.菱形构型来承载中心区域的剪切应力, 符合结构的承载特点, 能最有效地发挥各实体材料的效能, 改善结构性能，两实体材料模量的相对比值的变化, 对微结构域内的两实体材料分布存在显著的影响。 * (a)是高弹性多孔材料如橡胶的压缩曲线，(b)是弹塑性多孔材料如金属的压缩曲线，(c)是脆性多孔材料如陶瓷的压缩曲线。压缩时，在第一阶段，三种材料的胞壁都产生弯曲;达到临界应力(主要与构成胞壁的材料有关)后进入第二阶段，此时胞壁进一步变形，孔洞逐渐坍塌。此时，对高弹体是由胞壁的弹性变形所致，其变形可以恢复，如我们熟知的海绵;对弹塑性体是由于在最大弯矩处发生塑性铰;对脆性体是因为胞壁的脆性破坏，显然后两种是不可恢复的。最后进入第三阶段，这时胞壁被压在一起，孔洞完全消失，变成了实体材料的压缩。 * (d)是高弹性多孔材料如橡胶的拉伸曲线，(e)是弹塑性多孔材料如金属的拉伸曲线，(f)是脆性多孔材料如陶瓷的拉伸曲线。第一阶段与压缩相同，胞壁弯曲，因而曲线斜率即弹模一样。但高弹体不弯曲，而是沿拉伸方向旋转，刚度增加；弹塑性体与压缩时基本相似；脆性体拉伸时会突然破