Köpük Metal Malzemelerin Sıkıştırma Plastik Mekaniği Üzerine Araştırma

Ekonominin gelişmesi ve toplumun ilerlemesiyle birlikte, endüstriyel teknoloji hızla gelişmiştir. Kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve yeni malzemelerin araştırılması günümüz sanayi alanında önemli konulardır. Yeni bir malzeme türü olarak, geleneksel metal malzemeler ve gözenekli polimer malzemelerle karşılaştırıldığında, metal köpük sadece fonksiyonel malzemelerin özelliklerine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda yapısal malzemelerin özelliklerini de dikkate alır. Bariz avantajları ve geniş gelişme beklentileri vardır. Günümüzde köpüklü metal malzemeler otomobil endüstrisi, inşaat sanayi, havacılık alanı gibi birçok alanda uygulanmaya başlanmış ve yeni malzemeler alanında önemli araştırma konularından biri haline gelmiştir.

1. Metal köpüğün özellikleri

Köpük malzeme metal iskelete ve gözeneklere sahiptir. Geleneksel metal malzemelerle karşılaştırıldığında, geleneksel metal kaynaklanabilirliği gibi temel özelliklere sahiptir ve ayrıca çok sayıda iç gözeneklere sahiptir. Tam da bu iç gözeneklerin varlığından dolayı, köpük metalin kendi avantajları vardır.

1.1 Geçirgen

Metal köpük çok sayıda gözeneke sahip olduğundan, ancak kapalı hücrelerin sayısı da büyük bir oranda yer kaplar, çünkü sadece gözenek içi yapı geçirgenliğe sahiptir, bu nedenle kapalı gözeneklerin geçirgenlik üzerinde büyük bir etkisi vardır. Aynı zamanda, geçirgenlik gözenek boyutunun büyüklüğü ve permeatin özellikleri ile de ilgilidir.

1.2 Gürültü azaltma ve şok emme

Metal köpükte bulunan delik içi yapı, gelen ses dalgalarını ve titreşimleri ısı enerjisine dönüştürebilir ve dağıtabilir. Gürültü azaltma ve şok emme performansı, gözenekliliğinin yüksekliği ve çapının büyüklüğü ile doğrudan ilgilidir. Aynı zamanda, köpük metal asbest ve diğer malzemelerden daha dayanıklıdır ve daha yüksek mukavemete ve daha iyi alev geciktiriciliğe sahiptir.

1.3 Isı iletkenliği

Metal köpüğün ısıl iletkenliği, metal malzemelerinkinden daha iyidir ve ısı yalıtım malzemelerininkinden daha düşüktür ve ısı iletkenliği doğrudan gözenekliliği ile ilgilidir. Kapalı hücreli yapı, delik içi yapıdan daha iyi ısı yalıtım performansına sahiptir. Konvektif koşullar altında, gözenekliliğin arttırılması ve gözenek boyutunun genişletilmesi, konvektif ısı transfer kapasitesini artırabilir.

1.4 Elektriksel özellikler

Gözenek yapısı nedeniyle, sönümleme çok iyidir. Yüksek moleküler polimer gözeneklere doldurulursa, sönümleme özellikleri etkili bir şekilde geliştirilebilir. Metal köpükler için, sönümleme özellikleri doğrudan yüzey alanının büyüklüğü ile ilgilidir.

2. Metal köpük malzemelerin yapısal formu

İnsanlar yapısal malzemeleri incelerken ve kullanırken, önce malzemelerin mekanik özelliklerini göz önünde bulundurmalıdırlar. Bu nedenle, mekanik özellikler malzeme performans değerlendirmesi için önemli bir parametredir. Malzemenin kendisinin mekanik özellikleri hakkında derinlemesine araştırma yapmak için, insanlar önce malzemenin yapısını ve morfolojisini anlamalıdır.

Metal köpük malzemesinin ana gövdesi metal iskelet ve gözeneklerdir ve gözenekler iki tip geçiş deliği ve kapalı hücre içerir. Delikli yapıya açık hücre de denir, yani köpük metalin içindeki tek bir hava deliği açıktır ve hava delikleri birbirine bağlanır. Kapalı hücre yapısının gözenekleri kapalı ve birbirinden bağımsızdır ve ana metalden ayrılır. Kapalı hücrelerin ve açık hücrelerin çoğu metal köpük içeriği yapısında bir arada bulunduğuna dikkat edilmelidir.

Eğim metalinin destek yapısı delik duvarlarına, kaburgalara ve derzlere ayrılabilir. Açık hücre yapısında, gözenekler birbirine bağlıdır ve izole gözenek duvarları eksiktir, kapalı hücre yapısı ise gözenekleri tam gözenek duvarı ile izole eder. Gözenek duvarı kaburganınkinden çok daha ince olduğunda, gözenek duvarının metal köpük malzemesinin genel mekanik özellikleri üzerindeki etkisi çok zayıftır ve yarı açık bir hücre yapısı olarak kabul edilebilir.

3. Köpüklü metal malzemelerin basınç mekanik özellikleri

3.1 Statik Sıkıştırma Davranışı

Metal köpük malzemesinin gerilme-gerinim eğrisi üç aşamaya ayrılır (bkz. Şekil 1): ilk aşama elastik deformasyon aşaması, ikinci aşama verim platosu aşaması ve üçüncü aşama çöküş sıkıştırma aşamasıdır. Başlangıçta, gerinim küçüktür ve gerilme gerinimi merkezleme doğrusal elastikiyettir; daha sonra gerinim artmaya devam eder ve stres bir plato fazında, neredeyse sabit veya küçük bir değişim durumunda ve son olarak, köpük metal malzemenin iç deliklerinin sürekli ekstrüzyonu ile Birlikte preslenmiş, malzeme streste hızlı bir artış ile sıkıştırılmış bir durumdadır. Basınç kuvvetinin etkisi altında, köpük metal malzemenin deformasyon mekanizması esas olarak prizmanın bükülmesi ve delik duvar filminin bükülmesi ve gerilmesidir. Bununla birlikte, malzemedeki bazı deliklerin kendileri zayıftır. Gerinim yerel bir konumda yoğunlaştığında, başlangıçta zayıf olan delikler ilk önce ekstrüzyon etkisi altında ezilir ve daha sonra bitişik delikler ezilmeye devam etmek için tahrik edilir ve sıralı bir iletim oluşturur. Durum sonunda "deformasyon bölgesinin" oluşturulmasına yol açtı. "Deformasyon bölgesinin" sürekli genişlemesiyle, arıza gerilmesinin genleşmesi ve iletimi tüm malzemeyi etkilediğinde, tüm malzemenin ezilmesi olarak kendini gösterir. Metal köpük malzemesinin sıkıştırıcı plastik deformasyonunun, katman katman transfer ile art arda tahrip olduğu görülebilir.

Deneysel sonuçlar, metal köpük malzemesi basınç kuvvetine maruz kaldığında, elastik deformasyon aşamasının çok kısa olduğunu ve gerinim% 2'ye ulaştığında, akma plato periyoduna gireceğini, yani metal köpük malzemesi için, Basınç akma gerilmesi ve verim plato stresinin eşit olduğunu göstermektedir.

3.2 Dinamik Sıkıştırma Davranışı

Metal köpüğün şok emici özellikleri, onu birçok durumda kullanılan iyi bir şok emici ve tamponlama malzemesi haline getirir. Dinamik basınç yükü altında metal köpüğün mekanik özelliklerinin araştırılması, yeni malzemeler alanında sıcak bir konudur. Statik basınç yükleri altındaki mekanik özelliklerle karşılaştırıldığında, dinamik basınç yüklerinin mekanik özellikleri daha karmaşıktır. Dinamik sıkıştırmanın, atalet efektleri ve gerinim hızı efektleri de dahil olmak üzere bir dizi dinamik efekti tam olarak dikkate alması gerekir. Köpüklü metal malzemenin basınç deformasyon mekanizmasına göre, gerinim oranı daha yüksek olduğunda malzemenin akma dayanımı artar. Statik basınç yükü koşulu altında, metal köpük malzemesi katman katman sıkıştırma deformasyonuna uğrar ve gözenek duvarlarının bir tabakası bükülme deformasyonuna, yani plastik deformasyonun ilk aşamasına ikinci gözenek tabakasının çöküşüne uğrar. Eylem altında, tüm gözenekler bükülene ve yoğun bir dereceye kadar sıkıştırılana kadar katman katman çöker. Bu deformasyon süreci tek tip değildir ve belirli bir kısımda kararsızdır. Daha sonra dinamik basınç yükü durumunda, stres artar ve malzeme güçlendirme esas olarak iki faktörden etkilenir. Birincisi, darbe hızının sürekli artmasıyla, darbe yüzeyindeki gözeneklerin daha sıkı bir şekilde sıkıştırılmasıdır, böylece akma gerilimi sürekli olarak artar. Diğeri ise, dinamik sıkıştırmanın, sıkıştırma plastik deformasyon bölgesinin gerinim oranını artıran belirgin bir lokalizasyon özelliğine sahip olması ve mikro-ataletin etkisinin, simetrik ve asimetrik deformasyon modlarının geliştirilmesine neden olmasıdır.