بحث في ميكانيكا ضغط البلاستيك للمواد المعدنية الرغوية

مع تطور الاقتصاد وتقدم المجتمع ، تطورت التكنولوجيا الصناعية بسرعة. يعد تطوير المواد المركبة واستكشاف مواد جديدة من الموضوعات المهمة في المجال الصناعي اليوم. كنوع جديد من المواد ، مقارنة بالمواد المعدنية التقليدية ومواد البوليمر المسامية ، لا تتمتع الرغوة المعدنية بخصائص المواد الوظيفية فحسب ، بل تأخذ أيضًا في الاعتبار خصائص المواد الإنشائية. لها مزايا واضحة وآفاق تنمية واسعة. في الوقت الحاضر ، تم تطبيق المواد المعدنية الرغوية في العديد من المجالات مثل صناعة السيارات وصناعة البناء ومجال الطيران ، وأصبحت واحدة من الموضوعات الرئيسية للبحث في مجال المواد الجديدة.

1. خصائص الرغوة المعدنية

مادة الرغوة لها هيكل عظمي معدني ومسام. بالمقارنة مع المواد المعدنية التقليدية ، فإن لها خصائص أساسية مثل قابلية اللحام المعدنية التقليدية ولديها أيضًا عدد كبير من المسام الداخلية. وبسبب وجود هذه المسام الداخلية بالتحديد ، فإن المعدن الرغوي له مزاياه الخاصة.

1.1 نفاذية

نظرًا لأن الرغوة المعدنية تحتوي على عدد كبير من المسام ، إلا أن عدد الخلايا المغلقة أيضًا يشغل نسبة كبيرة ، لأن النفاذية هي البنية المسامية - فقط ، لذلك يكون للمسام المغلقة تأثير كبير على النفاذية. في الوقت نفسه ، ترتبط النفاذية أيضًا بحجم المسام وخصائص النفاذية.

1.2 تقليل الضوضاء وامتصاص الصدمات

يمكن للبنية - الموجودة في الرغوة المعدنية تحويل الموجات الصوتية والاهتزازات الواردة إلى طاقة حرارية وتبديدها. يرتبط أداء تقليل الضوضاء وامتصاص الصدمات ارتباطًا مباشرًا بارتفاع مساميتها وحجم قطرها. في الوقت نفسه ، يكون المعدن الرغوي أكثر متانة من الأسبستوس والمواد الأخرى ، وله قوة أعلى ومقاومة أفضل للهب.

1.3 التوصيل الحراري

تعتبر الموصلية الحرارية للرغوة المعدنية أفضل من تلك الخاصة بالمواد المعدنية وأقل من تلك الخاصة بمواد العزل الحراري ، كما أن توصيلها الحراري يرتبط ارتباطًا مباشرًا بمساميتها. تتميز بنية الخلية المغلقة - بأداء عزل حراري أفضل من خلال بنية الفتحة -. في ظل ظروف الحمل الحراري ، يمكن أن يؤدي زيادة المسامية وتوسيع حجم المسام إلى تحسين قدرة نقل الحرارة بالحمل الحراري.

1.4 الخصائص الكهربائية

بسبب هيكل المسام ، فإن التخميد جيد جدًا. إذا تم ملء البوليمر الجزيئي العالي في المسام ، فيمكن تحسين خصائص التخميد بشكل فعال. بالنسبة للرغاوي المعدنية ، ترتبط خصائص التخميد ارتباطًا مباشرًا بحجم مساحة السطح.

2. الشكل الإنشائي لمواد الرغوة المعدنية

عندما يدرس الناس ويستخدمون المواد الإنشائية ، يجب عليهم أولاً مراعاة الخصائص الميكانيكية للمواد. لذلك ، تعد الخواص الميكانيكية معلمة مهمة لتقييم أداء المواد. لإجراء بحث متعمق - حول الخصائص الميكانيكية للمادة نفسها ، يجب على الأشخاص أولاً فهم بنية وتشكيل المادة.

الجسم الرئيسي لمادة الرغوة المعدنية هو الهيكل العظمي المعدني والمسام ، وتشمل المسام نوعين من الخلايا - والخلايا المغلقة -. يُطلق على هيكل الفتحة - أيضًا خلية مفتوحة ، أي أن فتحة الهواء الواحدة داخل المعدن الرغوي مفتوحة ، وتتصل فتحات الهواء ببعضها البعض. تكون مسام بنية الخلية المغلقة - مغلقة ومستقلة عن بعضها البعض ، ومنفصلة عن المعدن الأصلي. وتجدر الإشارة إلى أن الخلايا المغلقة والخلايا المفتوحة تتعايش في معظم هياكل محتوى الرغوة المعدنية.

يمكن تقسيم الهيكل الداعم للمعدن المنحدر إلى فجوات وجدران وأضلاع ومفاصل. في بنية الخلية - المفتوحة ، تكون المسام مترابطة ، وجدران المسام المعزولة غير مكتملة ، في حين أن بنية الخلية المغلقة - تعزل المسام بجدار المسام الكامل. عندما يكون جدار المسام أرق بكثير من جدار الضلع ، يكون تأثير جدار المسام على الخواص الميكانيكية الكلية لمادة الرغوة المعدنية ضعيفًا للغاية ، ويمكن اعتباره شبه {2}} بنية خلية مفتوحة.

3. الخواص الميكانيكية الانضغاطية للمواد المعدنية الرغوية

3.1 سلوك الضغط الثابت

ينقسم منحنى الإجهاد - للمادة الرغوية المعدنية إلى ثلاث مراحل (انظر الشكل 1): المرحلة الأولى هي مرحلة التشوه المرن ، والمرحلة الثانية هي مرحلة هضبة الغلة ، والمرحلة الثالثة هي الانهيار مرحلة الضغط. في البداية ، يكون الضغط صغيرًا ، ويكون تركيز الإجهاد - عبارة عن مرونة خطية ؛ ثم يستمر الضغط في الزيادة ، ويكون الضغط في طور الهضبة ، تقريبًا في حالة تغيير ثابت أو صغير ، وأخيراً ، مع البثق المستمر للثقوب الداخلية للمادة المعدنية الرغوية المضغوطة معًا ، تكون المادة في حالة مضغوطة مع زيادة سريعة في الإجهاد. تحت تأثير قوة الضغط ، فإن آلية تشوه المادة المعدنية الرغوية هي بشكل أساسي ثني المنشور وثني وتمديد غشاء جدار الفتحة. ومع ذلك ، فإن بعض الثقوب في المادة تكون ضعيفة بحد ذاتها. عندما تتركز السلالة في موضع محلي ، يتم سحق الثقوب الضعيفة في الأصل تحت تأثير البثق ، ثم يتم دفع الثقوب المجاورة للاستمرار في التكسير ، لتشكيل ناقل حركة متسلسل. أدى الوضع في النهاية إلى إنشاء "منطقة التشوه". مع التمدد المستمر لـ "منطقة التشوه" ، عندما يؤثر تمدد ونقل إجهاد الفشل على المادة بأكملها ، فإنه يتجلى على أنه يتم سحق المادة بأكملها. يمكن ملاحظة أن التشوه البلاستيكي المضغوط لمادة الرغوة المعدنية يتم تدميره تباعاً بواسطة الطبقة - عن طريق - نقل الطبقة.

تظهر النتائج التجريبية أنه عندما تتعرض مادة الرغوة المعدنية لقوة الضغط ، تكون مرحلة التشوه المرن قصيرة جدًا ، وعندما تصل السلالة إلى 2 في المائة ، فإنها ستدخل فترة هضبة المحصول ، أي بالنسبة للرغوة المعدنية المادة ، إجهاد الخضوع الانضغاطي و إجهاد هضبة المحصول متساويان.

3.2 سلوك الضغط الديناميكي

إن خصائص امتصاص الصدمات - للرغوة المعدنية تجعلها مادة جيدة لامتصاص الصدمات - وتقي من المواد المستخدمة في العديد من المناسبات. يعد البحث عن الخصائص الميكانيكية للرغوة المعدنية تحت الحمل الديناميكي المضغوط قضية ساخنة في مجال المواد الجديدة. بالمقارنة مع الخواص الميكانيكية تحت أحمال الضغط الاستاتيكية ، فإن الخواص الميكانيكية لأحمال الضغط الديناميكية تكون أكثر تعقيدًا. يحتاج الضغط الديناميكي إلى النظر بشكل كامل في سلسلة من التأثيرات الديناميكية ، بما في ذلك تأثيرات القصور الذاتي وتأثيرات معدل الإجهاد. وفقًا لآلية التشوه الانضغاطي للمادة المعدنية الرغوية ، تتحسن مقاومة الخضوع للمادة عندما يكون معدل الإجهاد أعلى. في حالة الحمل الضاغط الثابت ، تخضع مادة الرغوة المعدنية للضغط من طبقة تشوه تلو الأخرى ، وتتعرض طبقة واحدة من جدران المسام لتشوه الانحناء ، أي المرحلة الأولى من تشوه البلاستيك إلى انهيار الطبقة الثانية من المسام. في ظل هذا الإجراء ، ينهار طبقة تلو الأخرى حتى تنثني جميع المسام وضغطها بدرجة كثيفة. عملية التشوه هذه ليست موحدة وغير مستقرة في جزء معين. ثم في حالة الحمل المضغوط الديناميكي ، يزداد الضغط وتتأثر تقوية المادة بشكل أساسي بعاملين. الأول هو أنه مع الزيادة المستمرة لسرعة التأثير ، يتم ضغط المسام الموجودة على سطح الصدمة بشكل أكثر إحكامًا ، بحيث يزداد إجهاد الخضوع بشكل مستمر. والآخر هو أن للضغط الديناميكي ميزة توطين بارزة ، مما يزيد من معدل إجهاد منطقة تشوه البلاستيك المضغوط ، ويؤدي تأثير القصور الذاتي الصغير - إلى تحسين أوضاع التشوه المتماثلة وغير المتكافئة.