超轻多孔金属的进展与物理学

简述了超轻多孔金属的结构、性能,研究从材料范畴发展为物理学范畴.发展的新趋势为,将国家高技术目标需求与科学前沿相结合,将认识与实践相结合.     

强度、吸能与韧性兼容的新型球形孔泡沫纯铝

在球形孔泡沫纯铝压缩、拉伸应力应变曲线基础上,研究了致密化起始点、吸能能力、压缩强度和拉伸性能.结果表明:球形孔泡沫纯铝与球形孔泡沫铝合金的压缩应力应变曲线相似,分为3个部分:线弹性阶段、平台阶段和密实阶段;提出了根据压缩曲线的斜率图,确定球形孔泡沫纯铝的致密化起始点的新方法;球形孔泡沫纯铝相对于球形孔泡沫铝合金是一种吸能能力更强的、韧性性能良好的新材料.采用Gibson-Ashby的模型来分析球形孔泡沫纯铝的压缩屈服强度和抗拉强度,吻合效果良好.     

泡沫铝合金的压缩性能,流通能力及声学性能

研究了泡沫Ａｌ－７Ｓｉ－０．４５Ｍｇ合金的压缩性能、呼能率，压缩后试样在空气中的流通能力，测试闻其吸声和隔声性能，讨论了试样原始孔隙率对上述性能的影响，以及它们之间的相互关系。     

航空航天返回过程的轻质能量吸收器

采用精确控制的多种高孔隙率泡沫铝作为轻质能量吸收器,解决航空航天器返回地面及空降、空投着陆瞬间人员和装备的冲击过载问题.研究了轻质能量吸收器在航空航天返回和空降、空投应用中的阻尼减振和能量吸收性能.建立了带轻质能量吸收器的着陆系统与地面撞击的有限元模型,采用非线性动态仿真软件MSC.Dytran进行了仿真计算.在试验台上进行了试件的冲击试验,并将理论计算与试验结果进行了对比分析,两者基本吻合.结果表明:利用高孔隙率泡沫铝作为轻质能量吸收器可以一次降低返回载荷着陆动载超过30g,并可获得较长的塑性变形延时时间以平稳吸收返回载荷冲击能量,从而有效保护人员和设备的安全.     

金属单向凝固过程中固—液界面前沿液相中温度梯度的确定

本文建立了单向凝固过程的动态模型,推导出凝固试样内固—液界面前方液相中一维穗态温度场的一般表达式。提出了精确确定固—液界面前沿液相中的温度梯度G_L的方法,并用动态测试法实测了液相温度,由回归分析求得T_L—Z′关系式,进而求得G_L=(dT_L)/(dZ′)|Z′=0。实验结果与理论解析结果十分吻合。为检验所制定的G_L确定方法的精度,应用数理统计对G_L确定值进行了误差估计计算。     

铝合金熔体泡沫化过程及多样化的泡沫铝合金

为满足高技术对多样化高比强新型多组元泡沫铝合金的需求,研究了泡沫化过程如下规律：何种铝合金适合泡沫化制备又可获得高比强;泡沫铝合金凝固收缩的物理本质及其解决的新方法;球形孔泡沫铝合金形成规律;二次泡沫化形成泡沫铝合金异型件的规律及其控制.     

闭孔泡沫铝特征统计及其变形行为实验研究

以椭圆拟合长方体闭孔多边形泡沫铝表面孔截面,运用统计学的方法研究了泡沫铝试件表面孔的大小、形状和方位等分布特征.统计结果表明:上述孔的各项几何特征参数除方位外服从高斯分布. 应用图像处理技术,获取了单轴压缩变形前后泡沫铝试件的表面图像.利用序列数字图像相关方法对泡沫纯铝变形前后的图像进行相关计算,获得了静态单向压缩条件下闭孔泡沫铝材料表面全场变形及局部孔结构的变形,同时根据试验结果计算了试件的名义应力-应变曲线,给出了压缩过程中孔壁的失效顺序和破坏规律.对块体材料的压缩实验表明,泡沫纯铝是以多个断裂带的形式破坏和吸收能量.     

新型球形孔低孔隙率高强度泡沫铝合金

采用位移传感计算机技术, 实时测量液态泡沫铝合金孔隙率随时间变化P_l-t曲线. 研究了铝合金熔体泡沫化过程中熔体泡沫的孔隙率与泡沫孔形状从球形、类球形到多边形的变化规 律, 以及气泡孔径及壁厚变化规律. 由此获得了新型球形孔低孔隙率泡沫铝合金的控制方法. 研究了其压缩应力-应变曲线及吸能性能, 并与多边形孔高孔隙率泡沫铝合金的性能相比较.     

氢化钛热分解反应动力学及铝合金熔体泡沫化研究

建立了金属管道结构氩载气流中的程序升温分解(TPD)装置, 测得了氢化钛的TPD谱线. 运用查表法和谱线重叠法对该TPD谱线进行了分峰拟合, 求得了热分解反应动力学方程组, 据此计算获得了940 K时氢化钛的分解量对时间的关系线, 结果正好与氢化钛分解所致的铝合金熔体泡沫化过程相吻合.     

氢化钛二次热分解与铝合金的二次泡沫化

为获得泡沫铝合金异型件, 以氢化钛热分解动力学方程为基础, 揭示了氢化钛二次热分解动力学规律与铝合金二次泡沫化(two steps foaming)之间的关系, 研究了氢化钛二次连续升温分解曲线和定温分解曲线, 并计算了氢的第二次泡沫化消耗率. 计算表明, 一次泡沫化后的氢化钛在第二次泡沫化过程中的热分解氢气产率可大于氢的第二次泡沫化消耗率. 理论及实验结果都表明: 二次泡沫化可以制备较高孔隙率的泡沫铝合金、异型件和三明治结构.