שם מקור: Metallic Foams

קצף מתכתי הם סוג של חומרים מתקדמים עם מבנה סלולרי המשלב צפיפות נמוכה עם ספיגת אנרגיה גבוהה ויכולות לחות מכנית.חומרים אלה מיוצרים על ידי הצגת בועות גז לתוך מתכת מלוט, יצירת ארכיטקטורה ⁇ שיכול להיות פתוח תאים (בטווח מחובר) או ירידה דלקות גז סגור (הוא מבודד) כולל מתכות, טיטן, מתכת, ניקל, וסגסוגת ניקל הם תכונות חמצן נמוך כמו דלקות מגנטיות גבוהה.

קצף מתכתי מציע שילוב ייחודי של תכונות: הם קלים (ישויות בדרך כלל 10-30% של המתכת הגדולה), יש נוקשות מסוימת, ומציגים ספיגה אנרגיה יוצאת דופן תחת דחיסה והשפעה. המבנה התאי שלהם מאפשר עיוות מבוקר, מה שהופך אותם אידיאליים עבור קולטי אנרגיה במכוניות, לוחות הגנה, רכיבים הדורשים הבנה לחות.

הבנת התנהגות של מתכתי Foams

התנהגות Fracture מתארת כיצד חומר יוזם סדקים ובסופו של דבר נכשל תחת לחץ.עבור קצף מתכתי, שבר הוא מורכב מטבעו הטרוגני של הארכיטקטורה התאית שלהם.בניגוד מתכות צפופה לחלוטין, קצף מציג שילוב של מצבי כישלונות של הריסות ודקנות בהתאם לחומר הקיר התא, מורפולוגיה, וקצב הטעינה.

המונחים: Dynamic Loading

טעינה סטטית כוללת את היישום ההדרגתי של כוח בשיעור נמוך או קבוע.ב קצף מתכתי, דחיסה סטטית מובילה לקריסה תאים מתקדמים, החל עם קריסה גמישה של קירות תאים, ואחריו תשואות פלסטיק, גינון, ובסופו של דבר קרע. Fracture נוטה להיות יותר דקוי קיר, עם רגישות משמעותית אנרגיה לפני טעינה דינמי, לעומת זאת, כרוך יישום כוח מהיר עם שיעורי עלייה של 102 - ירידה גבוהה, ירידה, ירידה במשקל, אבל ירידה במשקל, אבל ירידה גבוהה, אבל ירידה גבוהה יותר, ירידה במשקל גבוה, אבל ירידה בלחץ גבוה, אבל ירידה של תופעות לוואי, ירידה במשקל גבוה, ירידה גבוהה.

מדד הלחץ של ה-SHPB (SHPB) ובדיקות השפעה במשקל יורדות משמשים בדרך כלל כדי ללמוד שבר דינמי. הניסויים האלה חושפים כי תחת עומס דינמי, קצף מתכתי לעתים קרובות נכשלים על ידי התפלגות פתאומית ולא התמוטטות תאים הדרגתית. גלי מתח יכולים לשקף אינטראקציה בתוך הקצף, גרימת נזק מקומי רחוק מנקודת ההשפעה.

מנגנונים תחת תנאים דינמיים

תחת עומס דינמי, קצף מתכתי מציג כמה מנגנוני שבר שונים, לעתים קרובות קורה במקביל.המבנה התאי משפיע על סדקים, התגרות וכישלון סופי.

סיקור ותעמולה

התכתק קצף מתכתי מתחיל לעתים קרובות בנקודות חלשות: קירות תאים דקים, ממריצים מתח (למשל, צומת דבורים חדות), או פגמים טרום-הכיבוי כמו מיתרים או רִיקים.תחת שיעורי לחץ גבוהים, ריכוזי לחץ מהירים גורמים סדקים במספר אתרים בו-זמנית.לאחר שיזם, סדקים מהירים ויכולים להיות בין-ידי תאים סלולריים (באמצעות תאים) או במהירות גבוהה (בצורה) בדרך כלל, בדרך כלל, דרך תאי הגלים, בדרך כלל, בדרך כלל, דרך תאיים).

כשל בורות ועיוותים מקומיים

קירות תאים בודדים נכשלים על ידי שבר מתפתל (cleavage) או דטריעת דוקטרטרי, בהתאם לקצב המתכת והזן.במתים דוקטריליים כמו אלומיניום, קירות תאים עשויים לעבור צוואר פלסטיק וקרע, סופג אנרגיה באמצעות עבודה מפלסטיק.בחומרים יותר כמו שבר-טיניום או פלדה גבוהה, שבר מתרחש על ידי ריצוף עם מינימליסטיה מקומית של ייצוב של תאים קומפקטיים, במקום השפעה קומפקטית של לחץ גבוה של תאים קומפקטית של לחץ גבוה, במקום קומפקטית של תאים קומפקטית גבוהה.

השפעת תאים מורפולוגיה

הגיאומטריה של תאים - גודל, צורה, אנזוטרופיה, והפצה - משפיעה מאוד על שבר. Foams עם תאים קטנים, מבוזרים אחידים spherical נוטים להיות קשוחים יותר ועיכוב סדקים. Irregular או תאים מוארכים לפעול כמו העלאת מתח ויכולים להקל על סדקים.

גורמים המשפיעים על התנהגות Fracture

גורמים רבים מכתיבים כיצד קצף מתכתי שבר תחת עומסים דינמיים, כולל הרכב החומרי, מיקרו-מבנה, תנאי טעינה ופרמטרים סביבתיים.

תופעות טמפרטורה וטמפרטורות

לקצב סטרין יש השפעה כפולה: זה בדרך כלל מגביר את הלחץ זרימה (Strength) אבל עשוי להפחית את הדלקטיות. עבור קצף אלומיניום, הרגישות של קצב הלחץ היא נמוכה, כך העלייה בחוזק היא צנועה.עבור קצף טיטניום ופלדה, רגישות היא גבוהה יותר.טמפרטורות גבוהות יותר.

גודל תאים ותפוצה

גדלים תאים קטנים יותר להגדיל את מספר סטיות נושאות מתח ולהפחית את אורך האפקטיבי של קירות תאים, אשר מוריד את הסבירות של buckling וסדקים.חלוקה תא אחיד משפר את העקביות בתכונות מכניות. Foams עם התפלגות גודל תאי דו-ממדי (תערובת של תאים קטנים וגדולים) יכול לשלב נוקשות עם ספיגה אנרגיה גבוהה.

ציוד חומרי וטיפול בחום

המתכת הבסיסית וטיפול החום שלה משפיעים על הדלקטיות והקשידות השבורות. קצף אלומיניום עשוי מ 6061 ⁇ (גיל-רדד) להפגין כוח גבוה יותר אבל קשיחות נמוכה יותר בהשוואה לקצף מקצף פלדה טהור.ניתן לייחס על ידי quenching / tempering, אבל זה לעתים קרובות להפחית את הנפיחות.

המונחים: Defects

מחסומים כגון סדקים, רִיק, ו מחריפים נפוצים קצף מתכתי בשל מגבלות ייצור.תחת טעינה דינמי, פגמים אלה פועלים כמגורים מתח ויכולים להפחית באופן דרמטי את יכולת העומס.גודל הקריטי יורד עם עלייה בקצב הלחץ, מה שהופך את קצף רגיש יותר פגמים בתנאים המשפיעים.

מחקרים וממצאים ניסיוניים

מחקר על שבר דינמי של קצף מתכתי התקדם באמצעות עבודה ניסיונית זהיר באמצעות כלי לחץ במהירות גבוהה ודימות.The Split הופקינסון לחץ בר (SHPB) הוא הכלי הסטנדרטי למדידת תגובה בלחץ בלחץ בקצב גבוה (כ-104-1) על ידי התאמת קוטרים ומהירות השביתה, החוקרים יכולים ללמוד דחיסה, מתח, ומצלמות מהירות גבוהה (עד 1 מיליון מוטציות) למסגרות הדמיה מקומית, התמוטטות, התמוטטות, התמוטטות תאים, התמוטטות (D לאחור) היא התמוטטות, התמוטטות זמן, התמוטטות תאים) ומהירות השבר, התמוטטות תאים התמוטטות, , התמוטטות תאים , התמוטטות של , התמוטטות דיגיטלית, התמוטטות, התמוטטות, התמוטטות, התמוטטות, , , , התמוטטות (D זמןית, התמוטטות) היא התמוטטות, התמוטטות, התמוטטות , התמוטטות זמן התמוטטות תאים).

ממצאי מפתח מצביעים על כך שבטעינה דינמית, יכולת הקליטה של קצף מתכתי עולה לעתים קרובות בהשוואה לטעינה סטטית, למרות שבר חריף יותר.זה נובע מהצורך להאיץ את קירות התא ולהתגבר על אינרטיה, אשר צורכת אנרגיה נוספת.לדוגמה, (FLT:0recent מחקרים על קצף אלומיניום:1 מראה כי הלחץ עולה על ידי 20–50% מעל 1000 -2, 000 , 000 ).

בדיקה בתנאי קוואסי-סטטי ודינמיים על אותה ערכת קצף מראה כי מנגנון השבירה עובר מדמיעת דוקטרי תחת עומס סטטי לשבר מעומס דינמי.שיעור שחרור האנרגיה הקריטי (J-integral) יורד עד 50% כאשר שיעור המתח עולה מ 10-3-3-s-1 עד 103 s-1.

מודלים של דינמיות

ניתוח אלמנט סטטי (FEA) הוא כלי רב עוצמה להבין ולנבא שבר קצף מתכתי. כי קצף יש גיאומטריה מורכבת, גישות דוגמנות יכול להיות מיקרו-היקף (ייצוג מהיר של תאים) או מקרו-קול (באמצעות מודלים מהונדסיים הומוגניים) מודלים מיקרו-סוליים דורשים שיקום זהה של המבנה התאי של קצף, לעתים קרובות מ-SSDs, ויכולים ארועים מקומיים שבורים.

עבודה חדשה פיתחה מודלים של הפלסטיות-דמדן-המידה אשר מהווים השפעות על קצב זנים הן על התשואות והן על שבר.לדוגמה, דגם ה-GTvergaard-Needleman (GTN) יכול להיות מותאם עבור קצף כדי לכלול צמיחה ריקה ופריסת פחם.FLT:0Studies הראו FLT:1 כי מודלים אלה יכולים בדיוק לחזות את הרמה, לחץ, וקליטה תחת תכונות מכניות על בסיס חומר מכניקה.

יישומים והשלכות

הידע של התנהגות שבר תחת עומס דינמי משפיע ישירות על העיצוב של רכיבים בטוחים יותר בתחבורה, הגנה, תשתיות. בתעשיית הרכב, קצף מתכתי משמשים כמגרש אנרגיה במסילות הקדמיות, בליטות, וברים של פגיעה בצד.הבנת התנהגות שבר מבטיחה כי רכיבים אלה מרוקחים בהדרגה ללא כשל קטסטרופלי, למקסם את ספיגה אנרגיה תוך שמירה על שלמות מבנית.

בחלל, ליבות קצף מתכתי משמשים לוחות כריכים עבור הרצפה, ראשים, ו להבים רוטטור.תחת שביתת ציפורים או השפעה פסולת, הליבה של קצף חייב לספוג אנרגיה ללא דלמנט או שבר כי יסכן את העור החיצוני. מחקרים דינמי לעזור לבחור צפיפות, גודל תא, ועובי הליבה כדי להתנגד נזק.

יישומים אחרים כוללים אריזה מגן עבור סחורות שבריריות, סופגני הלם עבור מקלעי רכבת, ורטט לחות על גבי מכונות כבדות. בכל המקרים האלה, תנאי טעינה דינמיים נפוצים, והבנה מעמיקה של התנהגות שבר חיוני כדי למנוע כשלון מוקדם.

כיוונים עתידיים והתקדמות

ההתקדמות האחרונה בייצור תוספים (3D הדפסה) מאפשרת ייצור קצף מתכתי עם גיאומטריה תאים מותאמים פגמים מבוקרים.זה מאפשר אופטימיזציה של קשיחות שבר.מחקרים על קצף מתכתי uxetic (אשר מציג יחס של Poisson שלילי) להראות ספיגה אנרגיה מוגברת ודיכוי נכסים סדק תחת השפעה.הפיתוח של קצף חלקיקים או קצף עם סטיות היררכיות היררכי יכול לשפר התנגדות נוספת בטכניקות של תאורה במהירות גבוהה כמו דינמית X במהירות גבוהה.

כיוונים עתידיים כוללים מודלים רב בקנה מידה המקשר סימולציות אטום להתנהגות מתמשכת, הבנת התפקיד של רגישות קצב הלחץ של מתכת הבסיס, ופיתוח מקרשים ממטריקס עם קשיחות שבר משופרת.יש גם צורך בדיקות סטנדרטיות לאפיין תכונות שבר דינמי, כפי שסטנדרטים נוכחיים הם בעיקר עבור מצבים סטטיים.

מסקנה

התנהגות השבירה של קצף מתכתי תחת טעינה דינמי הוא שדה עשיר ומאתגר המשלב מדעי החומר, מכניקה וטכניקות ניסיוניות.מבנה התאי גורם מנגנונים שבר מורכב יותר מאשר מתכות צפופות, עם תלות חזקה בקצב, מורפולוגיה תאים, וקומפוזיציה חומרית.מחקרים ניסיוניים באמצעות רכיבי חישוב מלאים, הדמיה מהירה גבוהה חשפו כי דינמי הוא לעתים קרובות יותר פתאומי ומקומי, בעוד אנרגיה יכול להיות בשל השפעות משמעותיות על ידי זיהוי מודלים, עבור חומרים קריטיים, עבור חומרים קריטיים, מודלים קריטיים, עיצוב שיטות פעולה, תהליכים קריטיים, מודלים קריטיים, מודלים קריטיים, עיצוב.

(ב) בפרשת [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]] ו[[1924]]]]