汽车碰撞与安全研究 车辆工程陈国强 摘要：汽车的碰撞安全性问题是当今世界汽车工业亟需解决的一大难题，提高汽车碰撞性能的最基本的途径是发展汽车碰撞安全性设计与改进技术。文中主要介绍了汽车碰撞技术的发展现状，国内外相关的法规，并对汽车碰撞安全性的设计方法，如经验法、解析法、多刚体动力学法、试验法以及有限元方法进行了归类和总结。 关键词：汽车碰撞；安全；现状与发展 Abstract: Vehicle passive safety issue is a big and urgent problem for world-wide automobile industry to solve as soon as possible. The basic approach of protecting people from being hurt or killed in an accident is to improve crashworthiness of vehicles. This paper starts with discussing theories and methods for vehicle passive safety design, which included experiential methods, analytic methods, multi-body dynamics methods, crash test methods and the finite element method. Key words: Auto collision; safety; current conditions and development 0 引言 科学技术的发展，汽车己经成为人们生活中必不可少的交通工具。而在汽车交通事故中每年的死伤人数，常常超过世界的局部战争，交通事故已经成为人类社会的重大公害之一。从全世界的统计数字来看，每年因道路交通事故而死亡的人数已高达50多万人[1]。与世界其他各国相比，我国的汽车总拥有量只占5%，而交通事故死亡人数却占100%[2]，并且碰撞事故中的死亡率也大大高于欧美、日本等工业发达国家，其中除了人为的因索外，车辆本身的碰撞安全性达不到要求是一个重要因素。因此，汽车的碰撞安全性问题，已成为近十多年来汽车工业的主要研究问题和攻关方向，世界各发达国家都对汽车碰撞安全性做出强制性要求，并建立了各自的法规。 1 汽车碰撞国内外法规 最早的汽车碰撞安全性法规诞生于60年代中期的美国[3]，在此之前，世界上并没有任何对车辆的碰撞安全性能进行要求限制的法规，一些有关汽车碰撞安全性问题的研究主要是依赖于汽车生产厂家的自觉性及对公众的责任感。1965年，美国汽车工业部门拨款一千万美元给密西根大学建立公路交通安全研究所[4]。1966年，设立了运输部，并颁布了公路安全法规和国家交通与汽车安全法规，其中的汽车安全法规即著名的FMVSS系列法规[5]，它提
汽车碰撞模拟实验台设计 1 绪论 1.1 课题来源与国内外现状 随着科技的进步、经济的发展、人民生活水平的不断提高，汽车己经成为人们学习、工作、生活中不可缺少的代步工具，对人们的生活、生产产生了深刻的影响。作为一种便捷的现代化交通工具，汽车在给人们带来极大便利的同时，也因其造成的交通事故给人类的生命和财产安全带来了严重威胁。随着全球汽车保有量的不断增加，交通事故也随之增加，交通事故己经成为全球范围内的一大社会问题。 这是一组让人膛目结舌的数字。美国的汽车保有量为1.3亿辆，每年道路交通死亡4万人左右；日本的汽车保有量近8000万辆，每年道路交通死亡1.1万人，去年降到8000人。中国的汽车保有量是3000万辆，每年道路交通死亡近11万人，单车事故率相当于美国的近13倍，日本的近40倍。除去交通状况等客观因素，一个不可回避的原因就是中国汽车安全系数低，我国交通事故的严重程度由此可想而知。随着我国道路交通状况的不断改善，我国汽车的保有量不断增加，车速也逐渐提高，交通事故总量和所造成的人员伤亡与财产损失近年来也呈上升趋势。加强道路交通系统和汽车安全的研究，预防交通事故，是需要全社会共同关注和迫切改善的重要课题[1-2]。 汽车安全性问题与汽车的各种性能等直接或间接有关，对其研究最初是与提高汽车的整车性能的研究交织在一起的。随着二战后汽车工业的持续发展，到60年代中期，西方发达国家中汽车的保有量和汽车的动力性能有了明显的提高，公路上的车流密度和车流速度己达到了一个空前高的水平，汽车事故发生率空前高涨，汽车安全性受到了公众和政府部门的高度重视。从这一时期开始，各国相继制定或修订了安全法规，如美国的汽车安全标准FMVSS等[3]。在这些法规的制约下，以及为了提高汽车产品的竞争力，各大汽车制造商和一些研究机构开展了汽车安全性的专门研究。汽车安全性研究逐渐从汽车技术研究的其他领域分离出来形成了一个独立的分支。 1.2 汽车安全性的种类 汽车安全性可划分为主动安全性和被动安全性[4-5]。被动安全性是指汽车发生不可避免的交通事故后，能够对车内乘员或车外行人进行保护，以免发生伤害或使伤害减低到最低程度的性能。目前，汽车被动安全性研究内容包括车身结构抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件的开发研究这三个方面。
泡沫铝研究综述 班级:材科102班 姓名：吴凯 学号：201004055 指导教师：吕平
泡沫铝研究综述 吴凯青岛理工大学 摘要：泡沫铝是一种新型的轻质结构功能材料。本文首先介绍在制造泡沫铝 的过程中起了至关重要的作用的发泡剂。泡沫铝中气源主要分为H 2源和C0 2 气源， 氢化物发泡剂应用较为普遍；其次对泡沫铝动态压缩力学性能的实验测量技术进行了总结；另外分析总结了泡沫铝随着气孔孔径的减小，它的力学性能、电磁屏蔽效能、吸音性能的变化；最后，介绍了泡沫铝作为结构材料、功能材料及功能结构一体化材料应用的研究现状。 关键词：泡沫铝；发泡剂；力学性能；冲击荷载；小孔径 Abstract:Foam aluminum is a new lightweight structure and function of materials. This paper describes the process in the manufacture of aluminum foam played a crucial role in the blowing agent. Aluminum foam in the gas source is divided into H2gas supply sources and CO2, hydrides foaming more general; followed by dynamic compression of aluminum foam mechanical properties of experimental measurement techniques are summarized; another analysis summarizes the aluminum foam with pore size decreases, its mechanical properties, changes in electromagnetic shielding performance, acoustic performance; Finally, the research status of aluminum foam as a structural material, structural and functional integration of functional materials materials applications. Keywords:Foam aluminum；Vesicant；Mechanical Properties；Impact load；Small Aperture 引言 泡沫铝是一种新型的轻质结构功能材料，粉末冶金法是一种制备泡沫铝的重要的方法。在泡沫铝内部含有大量分布可控的孔洞，并以孔洞作为复合相的新型复合材料，具有良好的吸能、减震、缓冲、隔音吸声、隔热、电磁屏蔽、质量轻、高比能等优良的物理和力学性能。另外，研究小孔径泡沫铝对泡沫铝的发展有重要意义，当泡沫铝气孔细化到lmm左右时，可分散细化缺陷，使泡沫铝的结构均匀性提高，而泡沫铝孔结构的均匀化可使其形变的不均匀性降低。研究表明，平均孔径的减小可以使泡沫铝力学性能、能力吸收性能等得到提升。因此，研究小孔径泡沫铝、全面提升泡沫铝性能是当今泡沫铝的重点研究方向之一。正因为泡沫铝有如此多有意的性能，近些年来它在航空航天、汽车、船舶、建筑、装潢、环保、医药等领域被广泛使用。 1.泡沫铝发泡剂 铝的熔点为660℃，通常低温发泡剂不适合金属铝的发泡。在泡沫铝的生产中应用较多的是无机类热分解型发泡剂。概括起来主要是氢化物型和碳酸盐型。 1．1氢化物发泡剂 在众多的氢化物中，TiH 2和ZrH 2 被认为是最佳的发泡剂[1]，原因是它们在 400～600℃释放出发泡气体——氢气，这与铝金属的熔点(660℃)和铝合金的熔点(577℃)比较接近[1]。工业生产中，由于成本和资源等因素，TiH 2 应用比较普遍， 因此国内外发泡剂研究通常集中在TiH 2方面。可以利用未经处理的TiH 2 所释放的
粉末冶金法制备泡沫铝的工艺研究及其展望 摘要泡沫铝由于具有多种独特的性能，已备受研究者的关注。制备泡沫铝的方法很多，本文主要介绍了粉末冶金法制备泡沫铝的工艺，对影响工艺的因素进行了分析，提出了粉末冶金法需要改进的方面，以推动粉末冶金法制备泡沫铝的研究和应用。 关键字泡沫铝粉末冶金法影响因素 1 引言 泡沫铝作为一种新型的功能材料，以其独特的性能，具有广阔的应用前景[1,2]。泡沫铝由于轻质结构，吸声，隔音等性能，正大范围应用于汽车，航空，公路建设，建筑装饰等工业和国防科技领域[3]。目前制备泡沫铝的方法有熔体发泡发法、渗流铸造法、液态金属凝固法、熔模铸造法、粉末冶金法、固-气共晶凝固法、添加球料法等。其中，粉末冶金法是近年来国外研究比较集中的一种工艺[4]。 粉末冶金发泡法是由德国Fraunhofer材料研究所发明的一种生产方法，利用此方法制备出结构均匀的泡沫材料，可以加工成近成品尺寸的零件[5]，也可以制成三明治式的复合材料，中间为泡沫铝材料层，而两面为生长成一体的铝薄板。粉末冶金法在欧洲得到了广泛的研究，目前，制备较为成功的有德国FOAMINAL、奥地利的ALULIGHT和斯洛伐克的ALU FOAM三个品牌[6]。我国对粉末冶金法制备泡沫铝的研究还处于实验阶段，北京的有色金属研究总[7]、太原重型机械学院[8]、东南大学、东北大学[9]等单位对粉末冶金法进行了研究。 2 泡沫铝的粉末冶金法制备 2.1 制备原理 首先将铝粉和发泡剂（通常是TiH2）粉混合均匀，然后将其压制成致密的预制块，预制块中不能有残留的气孔和缺陷，否则会对产品质量造成很大的影响。将预制块放入炉中加热，加热至铝熔点附近，发泡剂受热开始分解生成气体，首先形成气孔，然后长大，使预制体膨胀，形成多孔的泡沫铝。图1为粉末冶金法制备泡沫铝的工艺流程图。
闭孔泡沫铝材料的声学性能研究及应用泡沫铝材料是一种金属基体(母体)内随机分布着孔洞(第二相)的新型材料,结合了连续相铝的金属特点和分散相气孔的特性。在噪声污染对人们生活影响日益严重的今天,泡沫铝在吸声、隔声、减振方面的应用越来越受到重视。 本文重点研究了闭孔泡沫铝吸声系数随孔隙率、厚度、打孔率、背后加置空气层厚度变化的规律；同测试条件下,比较分析了闭孔泡沫铝材料与一些常见吸声材料的吸声效果,并对闭孔泡沫铝的应用进行了研究。使用驻波管法进行吸声系数测试,从闭孔泡沫铝孔隙率、厚度、穿孔率、背后空腔深度等方面对闭孔泡沫铝的吸声特性进行了详细的测试、分析,结果表明：闭孔泡沫铝的吸声系数随着声频的增加先增加后减小,闭孔泡沫铝吸声系数为其孔隙率的增函数；闭孔泡沫铝吸声系数与厚度的关系为：当厚度L<L0(临界厚度)时,吸声系数为厚度的增函数,当厚度L>L0时,吸声系数为厚度的减函数,增加闭孔泡沫铝厚度,低频区吸声系数有所增加,高频区吸声系数有所下降,对闭孔泡沫铝整体吸声性能影响不大,但最高吸声系数峰值向低频迁移；经打孔后闭孔泡沫铝吸声系数有了明显的提高,随着打孔率的增加,最高吸声系数先增加后减小,吸声峰值向高频偏移。 随着打孔后闭孔泡沫铝背后空腔深度的不断增加,低频吸声系数逐渐增加,高频吸声系数逐渐降低,最高吸声系数略有上升,最高吸声系数表现出向低频迁移的趋势。使用驻波管法测试了开孔泡沫铝板、背后加玻璃棉的打孔铝板、背后加玻璃棉的打孔塑料板、背后加玻璃棉的打孔水泥板、背后加玻璃棉的开缝塑料板、背后加空腔的打孔闭孔泡沫铝板的吸声系数,并进行平行比较,结果表明：除开孔泡沫铝板外均具有较高的吸收峰值,但峰值出现的频段不同,打孔闭孔泡沫
汽车碰撞试验假人的标定试验 摘要：假人参数在碰撞试验中对碰撞模拟结果有显著影响，分别对汽车正面碰撞实验应用的HybridⅢ男性假人头部与颈部标定试验要求、步骤等及实验结果的分析方法进行了详细介绍，并通过具体试验对某HybridⅢ做了头部与颈部的标定。 关键字：假人；汽车正面碰撞试验；标定试验 Abstract：The parameters of dummies have a significant impact on simulation results in the crash test. It illustrated the test requirements，steps and presented detailed analysis of the test results of head and neck calibration test of Hybrid Ⅲmale dummy in the front crash test. All the test methods are demonstrated in the head and neck calibration test of some Hybrid Ⅲ. Key words: anthropomorphic; vehicle frontal crash test; demarcate test 1 试验意义 汽车碰撞试验属于汽车被动安全的研究范围，其目的主要是检验碰撞过程中车辆对乘员的保护能力。碰撞试验的危险性，使得在实验中不可能是用进行真人，国外研究机构在大量尸体解剖工作的基础上，根据人体的动力特性及各部位的质量大小等，制造了假人，它可以代替人体用于汽车碰撞实验，模拟真人受到的伤害情况，并经标定后可以重复使用。在试验中，通过在假人头部、胸部以及腿部安装传感器采集试验过程中的数据，这些数据能够体现汽车碰撞时，力、位移、加速度等物理量对人体的作用，通过数据采集系统将这些数据转换为数字信号由计算机处理，通过计算得出HPC（head Performance Criterion，头部性能指标）、ThPC（Thorax Performance Criterion，胸部性能指标）、FPC（Femur Performance Criterion，大腿性能指标）等伤害指标。研究人员借助这些数据，就可分析出车祸中真人的受伤程度，进而对汽车的安全性能进行定量评估。 汽车碰撞试验是汽车安全研究中至关重要的一步，由于该试验极具危险性、破坏性，所以研制符合我国人体身材特点和生物力学特性的汽车碰撞假人是势在必行的。国外在这方面进行了大量的工作，成功开发了各种人体物理模型系统。国外常用的假人，通过安装在其上的各种传感器，可从试验中获取所需的数据。通过对试验数据的分析，对人体损伤指数和生命保障系统进行定性和定量的评价。本文仅讨论假人头部和胸部的分体正面碰撞试验中标定系统的试验。通常采用的试验数据采集处理系统为电测量系统，试验中要用到的相关传感器，数据采集处理系统和在试验中使用的假人在试验前都要进行严格的标定。 2 试验用假人 假人是集人体工程学、统计学、工程力学、材料力学、生物学为一体的精密测试仪器，一个假人由近400个部件、大约60个传感器组成，造价高达4万美元左右，如果加上传感器配套设备，得需（6～7）万美元。碰撞实验中，主要使用的假人有男性假人、女性假人、儿童假人及侧碰假人。在国外，假人的研究已经比较成熟，诸如FTSS（First Technology Safety
《粉末冶金原理》课程设计文献综述泡沫铝的研究进展制备工艺及趋势学生：学号：11 专业：金属材料工程班级：机材A0941 授课教师：宋杰光机械与材料工程学院二O 一一十月文献综述前言随着现代科技和材料科学的发展，新型多孔材料的应用也越来越广泛。泡沫铝是一种在金属铝基体中分布的有无数气泡的多孔质材料，它具有密度小、比表面积大、电磁波吸收性好、能量吸收性好、换热散热能力高、吸声性和隔音性好及优良的流通和过滤分离能力、耐热耐火、无污染、低吸湿性、能回收再利用等【——】优良性能1 3 。在1940s 后期就美国有了对泡沫金属材料的研究，自1987 年日本九州工业技术研究所发明了泡沫铝的生产技术依赖，在世界范围内开始了该领域的研究。目前，日本与德国在研究、生产和应用泡沫铝与其他金属泡沫方面居世界领先地位。我国对泡沫铝的研究始于1980’s 后期，已取得一系列研究成果，但无突破性进展，未形成生产力【4】。泡沫金属材料的制备大体可分为粉末冶金法、渗流铸造法、喷射沉积法、熔体发泡法和共晶定向凝固法等5。目前研究的重点仍集中在制备过程的控制，研究的热点是如何获得稳定高质量的泡沫结构和简化生产过程、降低生产成本；应用的领域从高科技到民用工业，十分广泛【6】。正文一泡沫铝的性能及应用由于制备工艺的不同，从结构看泡沫铝可分为闭孔结构的泡沫铝和开孔结构的泡沫铝。结构不同导致的性能差异，使其具有不同的用途。在冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域得到了和将要得到广泛应用【7】。与传统金属铝相比，泡沫铝有如下优越性：1 、密度小泡沫铝是一种轻质功能材料。泡沫铝密度通常为1 8 0—4 8 0 k g／r n 3 、约为铝密度的l／l 0 、钛密度的1／2 0 、钢密度的1／3 0 及木材密度的l／3 。一般建筑材料采用密度为2 0 0 —3 0 0 k g ／m的泡沫铝材，而用做消声材料时则用密度为3 2 0—4 2 0 k g／m3 的材料。泡沫铝的密度可在很大范围内变化，目前所能获得的最大孔隙率可达9 7 ％，其尺寸从几个微米到几十个毫米。一般规律是孔隙率越大，泡沫铝的密度越小。2、耐热性强泡沫铝具有较高的耐热性。一般铝合金的熔解温度范围在5 6 0—7 0 0℃，但泡沫铝即使加热到1 4 0 0℃也不熔解，而且在高温下不释放有害气体。以此，在许多场合可以取代发泡树脂或石棉类制品用做隔热与耐热材料及各种热交换器的芯件。还可用做航天设备的核心材料、高温填料、电磁屏蔽材料、阻燃器、慢【】性约束核聚变激光实验中的超热电子抑制材料等8 。3、通透性好具有良好通透性的贯通孔泡沫铝可作为过滤材料，从液体或气体中将固体颗粒过滤出去。通常，通透性随孔径的增加而增加，但它也受表面粗糙度的影响，而且受闭孔数目的的影响较大。可用于各种液体、气体的过滤器和高温除尘器中。4 、刚性强泡沫铝不具有密实金属那样的延展性，拉仲试验无法测出拉伸率，弹性模量约为铝合金的l／50— 1／100。泡沫铝质脆，与铝合金不同，当发生大的变形时，其蜂窝组织产生破坏，反之，如果蜂窝组织不达到破坏强度，泡沫铝是不会产生变形的。5 、比表面积大利用泡沫铝的大比表面积，可达到高的换热性，由此它可用做制造加热器和热交换器的良好材料。另外，也可用做需要巨大表面化学反应的载体，如作为催化剂的载体、多孔电极、充电电池的极板材料、换热器、能量吸收器和催化剂的载体等。6 、隔声性能强泡沫铝可通过气孔壁的振动来吸收声音的能量，用来消声、去除噪声。一般情况下，通孔泡
东北大学 研究生考试试卷 考试科目：新材料制备技术 课程编号：y09521086 专业：有色金属冶金 姓名: *** 学号：1100865
目录 1 多孔金属材料 (1) 1.1多孔材料 (1) 1.2金属材料 (1) 1.3多孔金属材料 (1) 2 闭孔泡沫铝 (2) 2.1闭孔泡沫铝材料的性能 (2) 2.2闭孔泡沫铝材料的应用 (3) 3 闭孔泡沫铝材料的制备 (5) 3.1理论基础 (5) 3.1.1 氢化钛分解 (5) 3.1.2 熔体黏度 (6) 3.1.3 氢气在铝液熔体中的溶解度 (6) 3.2闭孔泡沫铝材料的制备方法 (7) 3.2.1 熔体发泡法制备泡沫铝材料 (7) 3.2.2 粉末法制备泡沫铝 (9) 3.2.3 其他制备方法 (10) 参考文献 (12)
闭孔泡沫铝材料的制备技术及其应用 1 多孔金属材料 1.1多孔材料 多孔材料是一种有相互贯通的或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞边界或其表面由支柱或平板构成。自然界中的多孔材料有很多，常见的有蜂窝、海绵、骨骼、软木、珊瑚等。一般，在传统工程材料中，孔洞被认为是一种结构缺陷，然而，这些多孔材料在自然界中能够稳定存在，并表现出一些优异性能。千百年来，这些天然的多孔材料被人们广泛利用，现代技术的发展使得人类仿生这些多孔材料，制备出各种各样的人造多孔材料，如泡沫塑料、泡沫陶瓷和泡沫金属等。这些新型的泡沫材料越来越多地被用作绝缘、缓冲、吸能、吸声等材料，从而发挥了其多孔结构决定的独特性能。 典型的泡沫材料孔结构有两种：一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构，由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料；另一种是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构, 通常称之为“泡沫”材料。 多孔材料的性能很独特，相对连续介质材料而言, 多孔材料一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好、阻尼、吸能性能等优点。 1.2金属材料 金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料、金属间化合物和特种金属材料等。 金属材料与人类文明的发展和社会的进步有着十分密切的关系。铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已广泛应用于各个行业，金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料，其性能一般有：比重大、熔点高、导电导热性能好、高强度、塑性变形、可回收、耐高温等。 易加工 1.3多孔金属材料 多孔金属材料也称泡沫金属材料，即金属内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞。由于对孔洞的设计要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕状型的，蜂窝型的等。
2.1泡沫铝材料的结构特点 泡沫铝是一种轻质功能材料，高孔隙率（60%~90%），孔径一般为0.1~6mm 孔隙结构主要有通孔和闭孔。 通孔，密度0.8~1.2g/cm3，孔隙率50%~70%，孔径1mm以下，高温气体和液体的过滤材料，散热材料 闭孔，密度0.2~0.5g/cm3，孔隙率80%~90% 2.2泡沫铝材料的吸声性能 表面几乎不存在可声波反射的平面。孔道中的空气在声波作用下会发生压缩-膨胀形变，将声能转变成热能。 孔隙结构对吸声能力影响较大 两种吸声形式即表面漫反射吸声和穿孔亥姆兹共振吸声。 在泡沫铝背后设置一空气层，形成泡沫铝吸声箱。随着泡沫铝背后空气层厚度的增加，吸声主频率逐渐向低频移动。 2.3泡沫铝材料的隔声性能 声波进入泡沫铝孔隙，引起孔隙中空气震动，继而金属间架振动，金属间架相互牵制，振动受阻而转化为热能。 通常使用的聚氨酯泡沫隔声材料，100mm厚最大隔声量为23dB，而泡沫铝材料20mm厚可以隔30dB以上。 密度对闭孔泡沫铝的整体隔声性能具有很大影响 不同密度新孔泡沫铝裸板的隔声性能变化趋势基本一致 厚度对闭孔泡沫铝裸板隔声性能具有显著影响 为了减小闭孔泡沫铝裸板中透孔和裂缝对隔声性能的影响，一般在工程中制成夹芯板。 相同密度和相同厚度的泡沫铝夹芯板比泡沫铝裸板隔声性能高。厚度太低会造成较多的裂缝和透孔，当两面贴板后，可以很好的解决透孔和裂缝所造成的声损失 2.4泡沫铝材料的压缩强度 与块体材料不同，多孔材料的性能测试还与材料的尺寸有关，对较大试样的多孔材料而言，可不考虑材料的尺寸效应。但对试样较小的多孔材料而言，要材料的尺寸效应。 闭孔泡沫铝压缩过程经历三个阶段：1、线弹性变形阶段2、坍塌变形阶段：初始坍塌和延续坍塌3、致密化变形阶段 动态压缩特征曲线与静态压缩时的特征一样，经历三个变形阶段。 动态与静态的压缩应力-应变曲线有着明显的差异：动态的曲线更加光滑，没有明显的平台区域；随着应变的增加，应力增加先快后慢再快，但一直处于增加的趋势，且在阶段2没有出现静态压缩时的应力突降现象；动态压缩的平台应力比静态压缩的平台应力大，且随着密度的逐渐增加，平台应力的差异也在缩小，应力-应变曲线也逐渐趋于一致。 静态压缩时速度慢，孔壁破裂后，闭孔内部的氢气就会慢慢释放出来，因此气体在压缩过程中忽略不计。但动态压缩时压缩速度很快，压缩闭孔泡沫铝的过程不单是孔壁和孔棱消耗外力所做的功，孔内的氢气也会引起一个附加强度的增量，由孔壁和孔棱坍塌造成的应力下降会得到一定的补偿，因此动态压缩比静态压缩时应力-应变曲线光滑。 Al基闭孔泡沫铝压缩曲线非常光滑，形变过程非常平稳，显示出典型的塑性泡沫材料特征。Al-6Si基闭孔泡沫铝压缩曲线有明显的起伏，显示出脆性材料的压缩特征，这是由于Al-6Si 基闭孔泡沫铝基体中含有大片状和长条状金相以及大量脆性相。 在铝合金中添加粉煤灰颗粒可以提高泡沫铝的压缩强度 添加短碳纤维可以显著提高泡沫铝的压缩强度 2.5泡沫铝材料的吸能性能
第44卷 第5期 2010年5月 西 安 交 通 大 学 学 报 JOU RNA L OF XI A N JIAOT ONG UN IVERSIT Y Vol.44 5May 2010 收稿日期:2009 09 29. 作者简介:张健(1981-),男,博士生;赵桂平(联系人),女,教授,博士生导师. 基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(2006CB601202);国家自然科学基金资助项目(10632060,10825210). 闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析 张健1,2,赵桂平1,2,卢天健1,2 (1.西安交通大学航天航空学院,710049,西安; 2.西安交通大学强度与振动教育部重点实验室,710049,西安) 摘要:通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的动态压缩试验和数值模拟,研究了泡沫铝的应变率敏感性.结果表明:在准静态(0 001s -1 )至2500s -1 的应变率范围内,具有相同孔隙率的泡沫铝的静、动态单轴压缩变形模式相似,而具有不同孔隙率的泡沫铝的压缩变形模式则存在差异,高孔隙率和低孔隙率泡沫铝的应变率敏感性明显不同;基体材料的应变率敏感性决定了泡沫铝的应变率敏感性;微惯性、波效应和孔内气体压力对泡沫铝的平台应力不产生明显影响.关键词:闭孔泡沫铝;霍普金森压杆;应变率效应 中图分类号:O347 文献标志码:A 文章编号:0253 987X(2010)05 0097 05 Experimental and Numerical Study on Strain Rate Effects of Close -Celled Aluminum Foams ZH ANG Jian 1,2,ZH AO Guiping 1,2,LU T ianjian 1,2 (1.Sch ool of Aerospace,Xi an Jiaotong University,Xi an 710049,China;2.M OE Key Laboratory for Strength and Vibration ,Xi an Jiaotong Un iversity,Xi an 710049,China) Abstract :T he strain r ate effects of close -celled aluminum foams w ith different porosities w ere ex -perimentally and num er ically investigated at different strain rates.It is found that the dy namic de -form ation behavio r of aluminum foams w ith sam e po rosity is similar to their quas-i static behav io r in the strain rate rang ing from 0 001s -1 to 2500s -1 .T he strain rate effects of alum inum foams with v ary ing porosities are sig nificantly different due to different deformation m odes.T he str ain rate sensitivity o f aluminum fo am s o riginates m ainly fro m that o f their matrix m aterial,w hile the effects o f micro -inertia,shock wave,and compressed air pressure in cells are neg ligible.Keywords :close -celled aluminum foam;split H opkinson pressure bar;strain rate effect 泡沫铝是集多种优良性能(高的比强度、比表面积、阻尼、冲击能量吸收、隔声、隔热和电磁屏蔽等性能)于一身的新型结构功能性材料.在承受压力时,其应力 应变曲线上塑性变形阶段的应力几乎恒定不变,使大量的动能转变为应变能,因此可用作优良的撞击防护材料.鉴于泡沫铝在缓冲吸能、防爆隔振等承受动载方面的应用,研究其应变率效应显得尤为重要.但是,由于泡沫铝制备方法的多样性和动态试验技术的差异,迄今为止国内外学者对泡沫铝应变率效应的研究没有得出一致的结论.Deshpande 等[1]指出,相对密度为0 16~0 31的闭孔泡沫铝 (A lulig ht)的动态试验和静态试验结果非常相似,应力平台对应变率不敏感,基体材料的应变率效应对泡沫材料性能的影响程度小于泡沫材料自身的离 散性,孔内气体对泡沫铝强度的影响也可以忽略不计.但是,M ukai 等[2]随后发现,相对密度为0 106~0 155的闭孔泡沫铝(A lporas)具有明显的应变率效应,且由于孔内气体的作用,随着相对密度的减小,其应变率敏感性增加.凤仪等[3]发现,采用粉末冶金发泡法制备的泡沫铝(相对密度为0 16)存在应变率敏感性,并且指出,铝合金本身的应变率敏感性、微惯性和气体的作用导致泡沫铝具有较高的应
一、引言 现代工艺技术的发展，使得泡沫金属的制备技术日趋完善，制造成本不断降低。以泡沫铝为代表的泡沫金属是近年来发展较快的一种新型功能结构材料。作为结构材料，它具有轻质和高比强度的特点；作为功能材料，它具有减震、吸收冲击能、耐高温、隔声、吸声[1]、隔热、不燃烧、抗腐蚀、电磁屏蔽等物理性能[2-6]。最主要的是它可以将低密度、高刚度、冲击吸能性、低热导性、低磁导率和良好的阻尼性综合在一起[7]。在需要综合利用这些性能的领域内，泡沫金属有着广泛的应用前景[8-9]。 泡沫铝按照基体材料的不同，可将其分为泡沫纯铝和泡沫铝合金两类。由于泡沫铝合金同时具有纯铝和其它合金元素的性能，与泡沫纯铝相比其强度和吸能能力通常得到了提高。常见的泡沫铝合金有泡沫铝硅合金、铝镁合金和铝铜合金。按照孔结构的不同，可将泡沫铝分成开孔和闭孔两种[10]。 泡沫铝具有较高的压缩强度，同时具有较长的平台应力。压缩过程中的大量能量在近似恒定的应力下被吸收[11]，从而使得泡沫铝具有很强的吸能能力。关于泡沫铝吸能性能的研究文献很多。Pkarash等人[12]认为泡沫铝的能量吸收能力不仅与基体材料的弹塑性有关，还与其它一些耗散过程有关，如破碎的孔壁之间的摩擦。Beals等[13]通过对密度不均匀的Alcna 泡沫材料的测试分析，指出密度梯度是削弱泡沫材料能量吸收能力和效率的重要原因。在传统的管式吸能装置中，采用泡沫铝作为填充物可以提高结构的刚度和吸能能力，从而改进缓冲吸能装置的性能。国外许多文献都报道了由泡沫铝充当芯材的夹心式组合结构的静动态压缩力学行为的实验研究，国内该方面的文献比较少。 泡沫铝,是一种新型的功能材料, 其发明只有四十余年的历史。Sosnik 在1948 年提出利用汞做发泡剂, 在液态铝合金中气化制取泡沫铝的想法。在1956 年, Ellist根据这一想法成功地制造了泡沫铝。20 世纪60 年代, 美国Ethy l 公司已成为研制泡沫铝的科研中心基地。在1982 年以前所公布的有关泡沫铝的专利技术中, 多半来自美国的LOR 公司和Ethy l 公司。直到今天, 美国、日本、英国、加拿大等国相继研制出多种生产泡沫铝的方法, 并取得了多项技术专利, 已可将泡沫铝制成管材、带材等复合材料。我国对泡沫铝的研究近几年才起步, 80 年代后期, 贵州、大连等地的研究机构曾利用发泡法做过一些研究工作。 二、泡沫铝的制备方法 1. 铸造法 铸造法应用的很普遍, 目前, 泡沫铝的制备工艺 大多采用这种方法, 以下介绍几种相关的方法。 [14、15] 1) 金属液发泡法金属液发泡法早期采用的比 较普遍, 主要是向液态铝合金中加入TiH2、 ZrH2、CaH2 等发泡剂, 然后加热使发泡剂分解 成气体, 气体的膨胀使铝合金成泡沫状, 冷却后 即得到泡沫铝成品。 2) 渗流铸造法渗流铸造法是将液态铝合金渗 入到填料颗粒的间隙中而获得铝合金填料复合 体的一种方法。填料可以使用耐热而可溶的材料 ( 如精盐) 。样品制成后, 填料粒子可从铸件中 浸洗掉, 从而获得具有连通空隙结构的泡沫铝。 渗流铸造法又可分为上压渗流铸造法 ( 如图1 所示) 和负压渗流铸造法( 如图2 所 示) ,这两种方法的使用都可以得到通孔性良好
汽车碰撞安全性的限元分析研究现状及趋势 摘要: 汽车碰撞安全性研究已成为汽车安全研究领城的重要内容, 运用有限元软件对车辆进行合理的简化及建模,阐述了有限元分析方法在汽车碰撞安全性运用的特点及研究现状和发展趋势 关键词: 汽车; 碰撞: 安全性: 有限元 0 引言有限元方法FEA ( F i n i t e E l e me n t An a i y s i s ) 进行计算机科学技术的发展, 汽车己经成为人们生活中必不可少的模拟计算是一种行之有效的方法。 1 整车正碰中计算机模拟仿真技术研究的意义 交通安全是一个世界性的难题，据统计，每年因为车祸有70多万人死亡，1000多万人受伤。汽车安全性分为主动安全性和被动安全性，前者是指汽车防止发生事故的能力；后者是指当事故发生时汽车本身对乘员及行人提供保护的能力。调查的结果表明，汽车的主动性能再好，也只能避免很少量的事故，汽车的被动安全性实际上主宰着汽车的安全性能。 随着我国汽车保有量的不断增加，交通事故呈上升趋势，如图1所示，而汽车的正碰是发生概率最多的一种，且对车内司乘人员生命财产安全最具危害性。随着我国正碰安全法规的颁布实施，汽车的被动安全性问题是汽车研究和设计人员必须面对的新课题，所开发车型的耐撞性能最终要通过实车碰撞试验来检验。但是此类的试验对车辆进行的是破坏性试验，为了检验一项设计目标往往需要反复的碰撞试
验，试验费用相当昂贵，因此，通过CAE模拟仿真计算来指导和部分取代试验工作，成为汽车被动安全性研究的一种必然趋势。通过模拟仿真计算，可以在汽车设计和改进的过程中经济有效的提供一些基本规律和指导方向，减少试验次数，避免大量尝试性工作，这样既能减少研发成本，也能缩短开发周期。 2 有限元分析汽车碰撞安全性的特点 经过几十年的发展, 大变形非线性有限元方法在理论上已比较成熟, 目前的相关商业软件包的功能已经相当强大。输出功能的软件: CAT IA 、uG 、Pro / E 、s T EP 、IGE s 等, 强大的分析软件: P AMC，s H、L s- DY NA 3D 等。而随着计算机硬件的发展, 计算机的运算能力也 大为提高, 这一切都意味着用计算机模拟手段解决碰撞安全 性问题已经比较方便。 ( l) 经过几十年的发展, 大变形非线性有限元方法在 理论上已比较成熟, 目前的相关商业软件包的功能已经相当 强大, 而随着计算机硬件的发展, 计算机的运算能力也大为 提高, 这一切都意味着用计算机模拟手段解决碰撞安全性问 题已经比较方便。 ( 2 ) 有限元方法能够得到丰富的信息和数据, 这是实车 试验当中无法做到或很难做到的一点, 这些数据在设计改进 过程中将起到非常重要和决定性的作用。 ( 3 ) 有限元法毕竟是一种验算方法, 在确定设计改进方
Material Sciences 材料科学, 2013, 3, 172-178 doi:10.12677/ms.2013.34032 Published Online July 2013 (https://www.doczj.com/doc/4c725595.html,/journal/ms.html) Research Progress for Closed-Cell Aluminum Alloy Foams Zhen Zhang1, Zhenwu Cai1, Kaiyan Jiang1, Dahai He2, Zhengfei Hu1* 1Shanghai Key Lab for R & D and Application of Metallic Functional Material, School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 2National Maglev Transportation Engineering R & D Center, Shanghai Email: 012zhangzhen@https://www.doczj.com/doc/4c725595.html,, *huzhengf@https://www.doczj.com/doc/4c725595.html, Received: Jul. 18th, 2013; revised: Jul. 19th, 2013; accepted: Jul. 25th, 2013 Copyright ? 2013 Zhen Zhang et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre-stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: Closed-cell foam aluminum is a new type of structural and functional materials. It has extensive application because of its special porosity structure and properties. In this paper, the main preparation methods for closed-cell foam aluminum and their latest progress are described. The mechanical properties of foam aluminums fabricated by different methods are compared, and the physical properties such as the insulating heat and reducing noise as well as the correla-tion between structure and performance are introduced as well. Finally, the limitations of current fabrication methods and technological development direction are discussed. Keywords: Closed-Cell Foam Aluminum; Preparation; Mechanical Properties; Physical Properties 闭孔泡沫铝研究进展 张振1，蔡振武1，蒋凯雁1，何大海2，胡正飞1* 1同济大学材料科学与工程学院，上海市金属功能材料开发应用重点实验室，上海 2国家磁悬浮交通工程技术研究中心，上海 Email: 012zhangzhen@https://www.doczj.com/doc/4c725595.html,, *huzhengf@https://www.doczj.com/doc/4c725595.html, 收稿日期：2013年6月18日；修回日期：2013年6月19日；录用日期：2013年6月25日 摘要：闭孔泡沫铝是一种集结构性和功能性于一体的新型材料，其特殊的多孔结构和性能，使其具有广泛的应用前景。本文叙述了目前生产闭孔泡沫铝的主要方法及其研究进展，比较了这些方法制备的闭孔泡沫铝材料的力学性能和隔热降噪等物理性能，以及性能和组织结构的相关性，并简单论述了闭孔泡沫铝制备技术的局限性及发展方向。 关键词：闭孔泡沫铝；制备；力学性能；物理性能 1. 引言 闭孔泡沫铝是由孔隙(也称为气室)和铝制隔膜(胞壁)组成的结构，兼有结构材料和功能材料的双重特点。闭孔泡沫铝的力学、声学等性能和使用可行性都取决于其内部组织结构，而组织结构受到制备工艺的影响。作为结构材料，它具有轻质和高比强度的特点[1,2]；作为功能材料，它同时具备吸声、隔声、隔热、阻燃、减震、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能[3,4]。因此，它在高技术领域及一般工业领域都受到越来越广泛的重视。 目前，闭孔泡沫铝的制备技术主要有熔体发泡法、吹气法、粉末冶金法和空心球料法，而其中最常用的是熔体发泡法和吹气法。 *通讯作者。
泡沫铝 科技名词定义 中文名称：泡沫铝 英文名称：foamed aluminum 定义：特指采用发泡法或电化学沉积法制备的具有很高孔隙率的铝或铝合金制品。 应用学科：材料科学技术（一级学科）；金属材料（二级学科）；有色金属材料（三级学科）； 铝及其合金（四级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。 目录 编辑本段简介 泡沫铝具有优异的物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性。泡沫铝的这些优异性能使其在当今的材料领域具有广阔的应用前景，是很有开发前途的工程材料，特别是在交通运输工业，航天事业和建筑结构工业等方面。
泡沫铝材料图片 编辑本段性能特点 □轻质：密度为金属铝的0.1—0.4倍； □高比刚度：其抗弯比刚度为钢的1.5倍； □高阻尼减震性能及冲击能量吸收率：阻尼性能为金属铝的5—10倍。孔隙率为84%的泡沫铝发生50%变型时，可吸收2.5MJ/M3C以上的能量。 □良好的声学功能：1、隔声性能（闭孔）：声波频率上800—4000HZ 之间时，闭孔泡沫铝的隔声系数达0.9以上。2、吸声性能（微通孔和通孔）：声波频率在125---4000HZ之间时，通孔泡沫铝的吸声系数最大可达0.8，其倍频程平均吸声系数超过0.4。 □优良的电磁屏蔽性能：电磁波频率在2.6—18GHZ之间时，泡沫铝的电磁屏蔽量可达60—90dB。 □良好的热学性能：孔隙率为80---90%的闭孔泡沫铝导热系数为 0.3—1W/m#8226;k，相当于大理石。通孔泡沫铝由于其孔洞相互连通，在强制对流条件下具有良好的散热性。 □不燃烧且有较好的耐热性。□耐腐蚀性、耐候性好，低吸湿，不老化，无毒性。 □易加工：切割、钻孔、胶结方便；经模压可弯曲成所需形状；能用有机或无机漆进行表面处理；可以两面蒙皮，构成大尺寸的轻质、高刚度板。 □易安装：泡沫铝材料可以被安装在高处而无需机械起重设备，如：天花顶棚、墙壁和屋顶等，可以采用机械方法或直接用螺钉连接和固定，也可以用粘接剂粘贴在墙或天花板上。 □金属薄板——泡沫铝——金属薄板形成的“三明治”结构继承了泡沫铝的优异性能，并具有很高的抗弯强度，可用作新型建材、机车车辆的高刚度结构件等。 □上述性能的多功能兼容。