泡沫鋁-環(huán)氧樹脂復合材料力學行為及應用研究.pdf

1、泡沫鋁是近年來發(fā)展起來的一種新型材料，由于其獨特的結構特點，使其具有許多良好的功能特性，在諸多應用領域顯示出良好的應用前景，成為力學和材料科學等領域的研究熱點。目前國內(nèi)外對泡沫鋁的研究取得了一定的成果，但仍有許多有待進一步研究的問題。如泡沫鋁結構中的大量孔洞，使其力學性能必然有所損失，為此，如何在保持其原有功能特性的基礎上進一步提高其力學性能成為該領域國內(nèi)外研究學者共同關注的課題。采用浸滲法制備了泡沫鋁/環(huán)氧樹脂類復合材料，對該材料的力

2、學行為和應用進行了研究。主要研究的內(nèi)容和得出的結論如下： 通過常壓水浴加熱向泡沫鋁孔洞中滲入環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂納米蒙脫土，制備出了泡沫鋁/環(huán)氧樹脂類復合材料。 綜合運用實驗、有限元模擬和理論分析研究等方法對泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復合材料的壓縮行為進行了研究。結果表明：泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復合材料壓縮行為取決于泡沫鋁的結構參數(shù)和填充材料的性能參數(shù)及載荷應變率。與泡沫鋁相比泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復合材料強度和剛度均有一定的提高，其中以滲入環(huán)

3、氧樹脂納米蒙脫土的復合材料為最佳。泡沫鋁/環(huán)氧樹脂類復合材料在壓縮載荷的作用下，其微觀變形機制與泡沫鋁相比略有改變，在準靜態(tài)壓縮的情況下，應力-應變曲線仍大致滿足多孔材料的三階段特征，但壓縮開始時的彈性階段，該材料的應力-應變曲線的斜率(即有效彈性模量)及平臺階段的坪應力均有一定提高，提高的程度依填充材料的性能的不同而不同；而在動態(tài)壓縮的情況下，只表現(xiàn)出線彈性階段和屈服平臺2階段，而沒有致密化階段，且塑性平臺區(qū)比泡沫鋁的高且長，尤其是泡

4、沫鋁/環(huán)氧樹脂納米蒙脫土復合材料。泡沫鋁幾何參數(shù)對其環(huán)氧樹脂類復合材料壓縮力學行為的影響規(guī)律類似于對泡沫鋁的：相對密度越大，有效彈性模量和屈服平臺階段的坪應力越大；孔徑對應力-應變曲線的影響受應變率的制約，對靜態(tài)壓縮，幾乎無影響，對動態(tài)壓縮有影響。在相同的應變率下，泡沫鋁復合材料的壓縮坪應力隨孔徑的增大而升高。應變率越高，升高得越多。有限元模擬方法是研究泡沫鋁及其環(huán)氧樹脂復合材料力學行為的一種省時、省力、低成本且較為可靠的研究方法。

5、 根據(jù)網(wǎng)絡交織復合材料細觀力學胞元方法，對泡沫鋁及其環(huán)氧樹脂復合材料的壓縮行為進行了理論分析，建立了該材料的有效彈性模量預測模型和彈塑性本構關系框架。采用復合材料的“混合率”和“協(xié)同效應”建立了泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復合材料的壓縮坪應力的數(shù)學模型。通過所建立的模型與實驗結果和有限元模擬結果的比較，證明所建模型的正確性。 綜合運用實驗研究、理論分析研究方法對泡沫鋁及其環(huán)氧樹脂復合材料的阻尼的機理、影響因素進行了研究，并嘗試建立了泡沫

6、鋁/環(huán)氧樹脂復合材料阻尼的半定量化數(shù)學模型，該模型可對材料的阻尼變化規(guī)律做出合理地解釋。研究表明，在泡沫鋁孔隙中滲入環(huán)氧樹脂特別是環(huán)氧樹脂納米蒙脫土，可進一步提高材料的阻尼性能。 以泡沫鋁及其環(huán)氧樹脂復合材料在齒輪阻尼環(huán)中的應用為例，較系統(tǒng)地研究該材料在減振降噪方面應用的優(yōu)越性。 通過理論分析和數(shù)值模擬研究，對泡沫鋁及其環(huán)氧樹脂復合材料填充金屬園管壓縮力學行為進行了系統(tǒng)地研究，建立了考慮管與填充物相互作用的泡沫鋁填充圓管

7、的壓縮吸能特性理論模型。在此基礎上對泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復合材料填充金屬園管壓縮吸能性進行了預見。研究結果表明：泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復合材料填充圓管的吸能性優(yōu)于泡沫鋁填充圓管的吸能性，更優(yōu)于金屬空心圓管的吸能性。 系統(tǒng)研究了泡沫鋁及其環(huán)氧樹脂復合材料在汽車保險杠中的應用，結果表明泡沫鋁填充圓管特別是泡沫鋁高分子復合材料填充圓管制造的汽車保險杠可設計性強，有利于汽車向輕質(zhì)量、小體積、低能耗、安全和環(huán)保等方向發(fā)展，泡沫鋁/環(huán)氧樹脂復合材料在