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閉孔泡沫鋁

泡沫鋁是以鋁或者鋁合金為基體，在其中均勻分布有大量孔洞的多功能輕質材料。泡沫鋁根據內部孔洞形式不同可分為開孔和閉孔兩種，開孔泡沫鋁內部孔洞多為連通狀態，因此也稱通孔泡沫鋁；閉孔泡沫鋁內部孔洞為獨立的、非連通狀態。開孔和閉孔的泡沫鋁具有不同的特性，應用于不同領域。開孔泡沫鋁具有換熱能力強、吸聲性好、穿透性優、電磁波吸收性強等特點，可用作換熱器、吸聲墻、過濾器、電磁屏蔽材料等。對于閉孔泡沫鋁，因其內部分布有大量孔洞，雖會導致鋁的強度、剛度等力學性能有所降低，但其吸能能力大大提高；具有其他多孔塑料不具備的金屬焊接性、各向同性、耐腐蝕、不老化等特點；同時具有致密鋁沒有的性質，比如低電導率、低熱導率、低密度、優異的隔音性能、較高的能量吸收能力等；泡沫鋁承受彎曲載荷時，表現出優異的比剛度，泡沫鋁夾層三明治材料具有良好的抗剪強度和斷裂強度。閉孔泡沫鋁具有以上多種優異的性能，尤其是在碰撞吸能領域，能夠在幾乎恒定的壓力作用下進行能量吸收，這是一般結構的材料所不能實現的，因此泡沫鋁在汽車工業中極具發展潛力。同時，汽車的設計不能僅僅考慮材料的單一性能，還要考慮到材料剛度、抗沖擊性、消聲減振性、能量吸收性、聲學、熱學特性以及復雜形狀的加工生產成本等問題，泡沫鋁可以輕松地滿足多功能性的要求，正是這種多功能性大大提高了泡沫鋁在汽車工業應用的競爭力。泡沫鋁目前已經應用到航空航天、高速列車、船舶、建筑、醫療、通信、化工等多個方面，在汽車工業中的應用研究也逐漸引起重視。在研究大量國內外相關文獻的基礎上，闡述了構建本構方程所需參數的試驗獲取方法，綜述本構方程的發展現狀，進而總結泡沫鋁的微觀結構建模方法和基于材料本構模型的有限元建模仿真方法。歸納總結出吸能材料的特點，并對存在爭議的話題一應變率效應的研究狀況進行了重點綜述。最后以典型案例分析的形式討論泡沫鋁的輕質吸能特性在汽車工業中的應用可行性及發展前景，指出制約其快速發展的瓶頸，為今后的研究方向提供借鑒。探討的主要內容為閉孔泡沫鋁，提到的泡沫鋁，包括其理論、特性、經驗公式等，如未強調為開孔泡沫鋁，則均指閉孔泡沫鋁。