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泡沫鋁是由鋁或鋁合金骨架及大量氣泡構(gòu)成的新型金屬材料。根據(jù)其氣泡組成的不同，泡沫鋁可分為閉孔和開孔兩種形式。由于泡沫鋁具有特殊的空間結(jié)構(gòu)，所以它具有重量輕、高隔熱性、高隔音性能、高抗沖擊性等優(yōu)良屬性。泡沫鋁符合當(dāng)前新型材料的發(fā)展趨勢，21 世紀以來，泡沫鋁成為了很多發(fā)達國家新材料研發(fā)的熱點之一。熔體發(fā)泡法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種泡沫鋁制備方法，此方法制備原理簡單，具有生產(chǎn)成本低，樣品孔隙率高的優(yōu)點，一般用于較大尺寸產(chǎn)品的制備。
確定泡沫鋁孔洞結(jié)構(gòu)與其力學(xué)性能之間的關(guān)系是目前泡沫鋁研究的重點。目前的研究方法主要是利用破壞性試驗來確定兩者之間的關(guān)系，這種方法生產(chǎn)周期長且成本較高，不利于泡沫金屬的推廣發(fā)展，因此確定一種預(yù)測泡沫鋁力學(xué)性能與宏觀孔洞結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的方法具有很重要的意義。
20世紀90年代以來，國內(nèi)外學(xué)者一直致力于建立合適的結(jié)構(gòu)模型來更好的表述泡沫材料的的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對其力學(xué)性能的影響，其中：Shulmeister對低密度開孔泡沫鋁材料進行了數(shù)值分析研究，主要討論了其大變形過程；Andrews 和 Gibson利用立方體單胞模型對泡沫鋁的彈性性能進行了研究。十四面體模型能夠較為真實的反應(yīng)泡面材料的真實結(jié)構(gòu)，國外學(xué)者對其進行過諸多仔細的研究，但主要集中于探討開孔泡沫材料的性能，對閉孔泡沫材料的研究較少，國內(nèi)該方面工作起步較晚，且主要采用實驗測試的方法進行研究。
杭州那泰有限元分析公司將建立閉孔十四面體泡沫鋁模型，應(yīng)用Deform-3D軟件對其準靜態(tài)壓縮變形過程進行有限元分析模擬計算，并充分考慮尺寸效應(yīng)，保證三維模型與實際泡沫鋁樣品的孔洞結(jié)構(gòu)嚴格對應(yīng)，將模擬結(jié)果與實際試驗結(jié)果進行對比，研究其內(nèi)部缺陷及結(jié)構(gòu)參數(shù)對其力學(xué)性能的影響。
泡沫鋁力學(xué)結(jié)構(gòu)模型可分為 2 種：一種是各向異性，其周期性排列呈各向異性，比如正三邊形、正四邊形、正六邊形；另一種是各向同性，無序隨機排列，比如八面體模型、菱形十二面體等。
在泡沫鋁的發(fā)泡初始過程中，氣泡先以體心立方形式生成并以相同的速率生長，氣泡之間相互接觸后，胞體形狀變?yōu)槎嗝骟w形態(tài)，十四面體與實際的多面體泡沫具有相等的平均面數(shù)及孔棱數(shù)，且與四面體、八面體等模型相比，十四面體模型具有更高的孔隙率，能完全填充整個空間，是一種理想的研究泡沫鋁力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)模型。
十四面體模型的單胞的結(jié)構(gòu)包括 8 個正六邊形和 6 個正四邊形．若胞體以立方體心形式排列，即在立方體的 8 個頂點和體心排列單胞，則可以填充整個空間．十四面體模型體現(xiàn)了泡沫鋁在發(fā)泡過程中氣泡變化的主要特征，即在發(fā)泡過程中，氣泡在粘度適當(dāng)?shù)囊簯B(tài)基體材料中形核和長大。如果氣泡在開始過程中以規(guī)則的體心立方形式排列，并且按照恒定的速度向周圍生長膨脹，當(dāng)氣泡之間的接觸面在氣泡碰撞接觸后變?yōu)榻破矫妫瑲馀萦梢?guī)則球形變成多面體結(jié)構(gòu)，構(gòu)成規(guī)則排列的多面體泡沫結(jié)構(gòu)，即為閉孔十四面體模型。
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