泡沫金属双向承载的力学模型.pdf

第16卷第4期中国有色金属学报2006年4月
Vol.16No.4TheChineseJournalofNonferrousMetalsApr.2006

文章编号:10040609(2006)04056708

泡沫金属双向承载的力学模型①

刘培生
(北京师范大学材料科学与工程系射线束技术与材料改性教育部重点实验室,北京100875)

摘要:根据开孔泡沫金属材料的结构特点提出其抽象化的新型简化结构模型,即“八面体模型”,在此基础上
建立起该类材料在双向拉伸条件下的力学分析模型。从该分析模型出发,推导得出了该类材料在双向拉伸破坏时
两向名义应力与孔率三者的数学关系式。结果表明:该关系式还可进一步描述成“偏应力”、“平均应力”和孔率三
者之间的关系。本理论模型与Gibson和Ashby的有关理论体系的不同之处是,前者可直接运用“梁理论”进行方
便的分析和推演,而后者则不能。验证实验结果显示,本理论模型的数学关系与实际数据吻合良好。
关键词:泡沫金属;多孔金属;泡沫材料;多孔材料
中图分类号:TB383文献标识码:A

Mechanicalmodelformetallicfoamsunderbiaxialloads

LIUPei2sheng
(TheKeyLaboratoryofBeamTechnologyandMaterialModificationof
MinistryofEducation,DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,
BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China)

Abstract:Basedonthestructuralfeatureoftheopen2cellmetallicfoam,anabstractandsimplifiedstructuremodel
(i.e.the“octahedronmodel”)wasputforward,andthemechanicalmodelwasfurtherestablishedforthisthree2di2
mensionalreticulatedhigh2porosityfoamunderbiaxialtension.Fromthisstructure2propertymodel,themathemati2
calrelationshipbetweenbiaxialnominalfailurestressesandporositywasdeducedandeventuallyderivedforthisma2
terial.Thisrelationshipcanbefurtherexpressedasthemathematicalrelationshipamongthenominalfailure“devia2
toricstress”,thenominalfailure“averagestress”andporosity,buttheconceptsbothofthe“deviatoricstress”and
the“averagestress”canappearjustfromthemathematicaltreatment.Here,thedifferenceofthepresenttheoretical
modelfromthatpresentedbyGibsonandAshbyisthat,theformercandirectlyusethe“beamtheory”conveniently
whereasthelattercannot.Theresultsindicatethatthemathematicalrelationshipfromthepresentmodelisingood
agreementwiththepracticaldata.
Keywords:foamedmetal;metallicfoam;porousmaterial;porousmetals

开孔泡沫金属是一类新型的多孔材料,因其透石油化工、交通运输、冶金、机械、医学、环保、建
过性(渗透性)好、密度低、比表面积大、能量吸收筑等各种领域,涉及流体分离过滤、流体分布、消
性佳、换热散热能力高、吸声性好、电磁波吸收性音降噪、吸能减震、阻尼缓冲、电磁屏蔽、隔热阻
良、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属火、热交换和电化学过程等诸多方面的用途,可制
对某些气体十分敏感)、能再生、加工性好,以及强作过滤器、流体分离器、催化剂及催化剂载体、隔
韧性综合指标佳和可焊接等优良特性,从而广泛地音材料、消音器、能量吸收器、减震缓冲器、电磁
应用于航空航天、电子与通讯、原子能、电化学、屏蔽器