项目名称: 再生碳纤维增强点阵金属泡沫铝复合材料的静动态力学性能及其强韧化机制研究

项目编号: No.11472209

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张钱城

作者单位: 西安交通大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 在所提出最为典型的新一代轻质复合多孔材料-波纹泡沫铝复合结构基础上,根据工程和科学的需求,本申请主要侧重研究泡沫铝发泡填充过程中点阵金属构型和结构参数、再生碳纤维表面处理状态及长径比、体积比等参数对熔体泡沫流变特性及生长演变的影响,从而设计和制备微观结构可控的再生碳纤维强韧化点阵金属泡沫铝复合结构及其衍生材料。在此基础上,建立该类复合多孔金属材料静动态力学性能的表征方法和技术,分析其强韧化机制。研究碳纤维长径比、体积比等参数对复合结构压缩、三点弯曲等变形模式的影响,结合理论分析、实验研究和数值模拟,揭示其宏观性能与微细观组织结构间定量关系,实现对该类材料的准静态力学行为和破坏模式准确描述;建立材料的动态弹塑性本构关系和动态损伤能等理论,提出一套切实可行的分析由落锤、Hopkinson压杆等冲击载荷产生的应力波在复合多孔金属材料中传播和吸收机理的方法,给出评价该类材料能量吸收性能的技术参数。

中文关键词: 多孔金属;再生碳纤维;纤维增强泡沫铝;力学性能;强韧化机理

英文摘要: Based on the most typical sandwich panel with aluminum foam-filled lattice core regarded as one of the proposed new generation of lightweight composite porous materials, according to the needs of engineering and science, the microstructure-controllable sandwich panels with aluminum foam-filled lattice cores reinforced by recycled carbon fibers and their derived materials are designed and fabricated, with particular emphasis on studying the effect of lattice truss core configuration and structure parameters, length diameter ratio of recycled carbon fibers and their surface treatments on the rheologic behavior of the aluminum melt foam, and their growth and evolution. The characterization of the static and dynamic mechanical properties of such composite porous metal materials is studied, and their toughening mechanisms are analyzed. The influence of long-diameter ratio and volume ratio of recycled carbon fibers, and other parameters on the deformation modes of such quasi-static mechanical tests as compressive, shear, and three-point bending of composite structure is studied. Combined with theoretical analysis, experimental research and numerical simulation, their quantitative relationship between macroscopically mechanical performance and microstructure is revealed, and the accurate description on quasi-static mechanical behavior of these materials and failure modes is achieved. Theoretical models on dynamic elastic-plastic constitutive relationship of these material and their dynamic damage energy are set up, practical analysis of stress wave propagation and absorption in such composite porous metal materials under the impact loads of drop hammer, Hopkinson pressure bar, etc. is proposed, and the evaluation of the technical parameters on energy absorbing properties of these materials is given.

英文关键词: Porous metal;Recycled carbon fibres;Fibre-reinforced aluminum foam;Mechanical performance;Toughening mechanism

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