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泡沫鋁能量吸收性能

工程材料的能量吸收能力主要取決于其屈服平臺(tái)區(qū)，由應(yīng)力--應(yīng)變曲線下方的面積決定。由泡沫鋁壓縮應(yīng)力--應(yīng)變曲線可以看出，泡沫鋁在壓縮過程中有高而寬的應(yīng)力平臺(tái)，可以在基本恒定的應(yīng)力下通過應(yīng)變來(lái)吸收能量，使泡沫鋁在承受沖擊載荷時(shí)能吸收較多的能量。若外來(lái)總能量假定為100%，泡沫鋁變形量為它的60%時(shí)，可承受外來(lái)總能量的60%。由于泡沫鋁本身具有一定的強(qiáng)度，可以經(jīng)過多次這樣的變形循環(huán)而不損壞，變形恢復(fù)性能極佳，在汽車安全性及輕量化方面有很大優(yōu)勢(shì)。由前述內(nèi)容可知，泡沫鋁在壓縮過程中，經(jīng)過很小的彈性變形后，就進(jìn)入一個(gè)很長(zhǎng)的應(yīng)力平臺(tái)。這一平臺(tái)越長(zhǎng)，在較小的應(yīng)力下，材料就能吸收較大的能量。隨著材料密度的增加，平臺(tái)應(yīng)力隨之增加，平臺(tái)也隨之變短。所以泡沫材料的吸能能力與密度密切相關(guān)，但并不是簡(jiǎn)單的線形關(guān)系。對(duì)于某個(gè)能量吸收裝置，有一個(gè)最佳的泡沫密度。選用的泡沫密度如果太低，則會(huì)在能量還沒有完全吸收時(shí)就被壓實(shí)了，最后作用力因?yàn)椴牧厦軐?shí)而顯著提高直到超過許可值；若密度太高，其平臺(tái)應(yīng)力可能會(huì)超過能量吸收裝置的應(yīng)力許可值。因此，理想的密度應(yīng)當(dāng)是其平臺(tái)應(yīng)力正好低于能量吸收裝置的應(yīng)力許可值，而平臺(tái)下的面積等于所要吸收的能量。為了選擇合適的泡沫材料用于能量吸收，人們提出了Janssen因子、緩沖因子、Rush曲線和能量吸收?qǐng)D等方法來(lái)評(píng)估材料的吸能特性。

與其它沖擊吸能材料相比，泡沫鋁吸能具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)在較小的壓力水平下就可以吸收較多的能量；
(2)如果給定一個(gè)應(yīng)力許可值，可以通過改變密度來(lái)選擇材料使得能量吸收能力最大；
(3)在能量吸收過程中，不發(fā)生反彈；
(4)泡沫鋁可以視為宏觀各向同性，因此能量吸收能力與沖擊方向無(wú)關(guān)。

泡沫鋁的上述性能，在汽車的不同功能部件上都有應(yīng)用，如果是利用其2種或多種復(fù)合性能，泡沫鋁將有更大的競(jìng)爭(zhēng)力。例如，在汽車車架中填充泡沫鋁，可以吸收沖擊能量減少振動(dòng)、在-定程度上吸收噪聲，并有效減輕了車身自重。