吸能缓冲材料

1、泡沫金属是一种以金属或金属合金为基体,包含大量胞孔的轻质多孔材料。泡沫金属以其独特的结构而具有许多优异的性能，它兼有结构材料和功能材料的特性：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，它同时具备吸声，隔音，隔热（闭孔），散热（开孔），阻燃，减振，阻尼，抗冲击，电磁波屏蔽等多种物理性能。基于其优良性能，目前在汽车工业、航天航空、建筑工业和铁路运输等领域都已获得了广泛的应用，而且金属泡沫材料的应用范围正随着制造工艺的逐渐成熟和人们对其性能研究的日益深入而迅速扩大。在动态压缩实验中，不管泡沫金属的密度为多少，其应力应变响应曲线与准静态压缩条件下的响应曲线是一样的，均经过三个阶段：弹性段

2、，屈服段及致密段。但在动态条件下应力应变响应还有着与准静态下不同的特征：动态条件下的屈服应力比静态条件下的要高，并随着应变率的增加，屈服应力的增加有上升的趋势；动态条件下的平台区应变比静态条件下的稍低，平台区长度稍短。泡沫金属的压缩应力应变响应曲线上出现较长的塑性变形段，这表明泡沫材料在被压缩过程中能够在保持相对较低的应力下吸收大量的压缩能量，泡沫铝是一种以铝或铝合金为金属骨架，包含大量孔洞的低密度、高比表面积多孔泡沫金属材料。它是一种功能和结构一体化的新型材料，自20世纪90年代以来,引起人们的广泛关注。其具有良好的缓冲吸能性能，一定的强度、刚度，轻质，可用作结构材料和缓冲吸能材料。与泡沫塑

3、料相比，泡沫金属具有很多的优点强度高，能实现高能量的吸收；熔点高，具有高温稳定性；耐候性好，不易老化。作为一种缓冲减震材料，泡沫铝的抗爆性能,A.G.Evans等提出泡沫铝的抗爆模型，并从能量吸收角度利用经验公式进行计算，对于一定的爆轰波需要多厚的泡沫铝防护层。通过泡沫铝在爆炸载荷下冲击波传播特性实验研究表明，泡沫铝具有明显的本构粘性效应，是导致冲击波传播中吸收和弥散现象的主要原因，追赶卸载会进一步促进冲击波的衰减。泡沫铝在动态载荷下所表现出来的力学性能，充分说明泡沫铝是一种优良的新型抗爆吸能和抗冲击缓冲材料，所以选择泡沫铝作为吸能防撞块。泡沫铝在吸能方面的结构性能特点由于制备工艺不同，从结构

4、上看，泡沫铝可分为闭孔和开孔结构。前者含有独立存在的气泡，而后者是连续贯通的架构。泡沫铝的性能主要取决于分布在三维骨架间的孔隙特征，即孔的形态、分布，类型、形状、结构。轻质：泡沫铝是一种轻质材料，密度为金属铝的0.10.4倍（180480kg/m3）;且它有较大的孔径（0.37mm）、较高且可控的孔隙率（63%-90%）、较高的比表面积（1045cm2/cm3）;它的密度可在很大范围内变动，一般孔隙率越大其密度越小。高比刚度：其抗弯比刚度为钢的1.5倍；阻尼减震性能及冲击能量吸收率：阻尼性能为金属铝的510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。不燃烧且

5、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；ZnKu基合金钎料为理想焊料。图1CCAF宏观形貌泡沫铝在尺寸方面的确定缓冲防护材料泡沫铝的弹性模量E已知，还已知被防护对象的质量m、承载面积A、冲击动能U以及它能承受的最大加速度a等参数。该类设计的算法如下。（1）被护对象所能承受的最大作用力F=ma,所以峰应力？?？?对应的标准化峰应力水平值为？?？E。（2）选择初始厚度t1,由冲击速度V可得近似应变率值?=v/t1由以上求得的标准化峰应力与近似应变率，在能量吸收图上可以直接确定W/E的值，即得缓冲

6、防护材料单位体积吸收的能量值Wo由此计算出新的衬垫厚度t2=U/（WA）。参照步骤（2）的方法，由新的衬垫厚度算出新的应变速率？?=v/t。由新的应变速率，再利用步骤（3）的方法确定新的W值。就这样不断迭代，在前后两次的厚度之差达到精度要求时便可收敛,垫的厚度，得到理想衬10*io*ioJ标度化施力化）不同俄变速率威祖受桁庶相蛀理后的包至魏施身（门时同一应至速率立下某井曜神防护材料的鹿力俄变曲段标海化修血力心）标准牝处理后的世旋摧计算泡沫铝的的参数，弹性模量E=70GPa总质量约为m=300kg运动速度3V=7.0m/s、所能承受最大加速度取a=40g（平均减速度应不超过20个g,最大减速度少于或等于40g。）、泡沫铝横截面去（200x100mm）,即A=0.2x0.1=0.02（平方米）。在满足大赛要求（A安装在前隔板前；B沿车架中心轴线方向至少200mm；C至少100mm高，200mm宽，至少在前隔板前200mm；）及安全的情况下，可取泡沫铝块长度为200250mm。为满足轻量化要求取泡沫铝块的长度为