文档介绍：第��卷�第�期�稀有金属材料与工程�、�����.��.��
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泡沫材料在剪切载荷作用下的力学关系推演和分析�
刘培生�
�北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室,北京��������
摘�要:泡沫金属是一种兼具功能和结构双重属性的优秀工程材料,在作为工程构件时就可能遇到剪切载荷的作用。探�
讨泡沫材料在剪切载荷作用下其构件内部的力学行为,采用隔离分析的简单方式,通过数理推演得出此种承载状态下的�
力学关系表征。结果显示,泡沫金属材料受到剪切载荷作用而产生破坏时,其构件内部的最大名义切应力大小可用多孔�
体的孔率以及泡沫金属材料本身固有的特性参量来描述。通过这种数理关系,直接便捷得到该材料在此时的强度判据。�
关键词: 泡沫金属;多孔材料;剪切作用�.�
中图法分类号:������文献标识码:��文章编号: ����.������������.����.���
泡沫金属体积密度小、比表面积大、能量吸收性�各向同性的均匀结构三维网状泡沫金属由金属棱�
好,还具有一定的强度、延展性和可加工性,因此可�柱�孔棱,孔筋�和连通性孔隙构成。为简化分析过�
用在许多方面,是一种性能优秀的工程材料。该材料�程,可将其结构模型综合而抽象地表征���������为:构成�
的用途涉及分离、过滤、布气、消音、吸震、包装、�多孔体的这些棱柱规则地按立方体对角线方式连接,�
屏蔽、热交换、生物移植、电化学过程等各种场合�’�】,�从而形成大量正交密积的体心立方式八面体孔隙单元�
其作为轻质结构和功能一体化材料,遍布生物医学工��见图��。这些密积的单元八面体构成整个多孔泡沫�
程、航空航天、导弹工业、汽车工业、能源工业和竞�体。由于工艺的圆整性,多孔体中的金属棱柱在汇合�
技业等领域。近年提出的“格子材料”�或称“点阵材�结点处的承载能力一般大于棱柱体本身,故断裂破坏�
料”���,�】在制备中的实际工艺难度大且孔穴尺寸十分�一般发生在棱柱体上。多孔体构件在承受剪切作用时,�
受限,而自由发泡型�随机发泡型�泡沫金属材料则具�由构件内的最大名义切应力����,可通过材料力学根�
有制备工艺成熟且能满足一般使用条件的优势,因此�据不同类型的构件形式计算�于所在位置造成金属棱柱�
有必要对其进行更为深入和广泛的研究。泡沫材料在�体内部产生的最大拉应力�%��达到对应密实材质抗�
工程领域的诸多应用�,�’�】,使得高孔率泡沫金属的力�拉强度����大小时,就会萌发多孔体的整体性破坏。�
学行为在很多情况下都表现得非常重要,故而引起研�
�数理关系推演�
究者的极大兴趣��������。泡沫金属在主要作为结构材料�
时会处处受到各种型式的载荷作用,而在加工过程�很�假定多孔体构件所受剪切作用的方向如图�中的�
多应用均需加工成各种复杂的形状�中和在作为功能�
材料时也会经常受到一定的载荷作用,所以解决其断�
裂破坏等基本力学问题非常重要。此类材料在实际工�
程应用中经常会遇到拉压、弯曲、剪切和扭转等作用,�
本文对泡沫金属承受剪切作用时的力学关系进行建模�
分析,得出该