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金属泡沫是否存在剪切不稳定性?
星期五，2007-02-09 14:20 -Banerjee Biswajit
去年，我花了三个月的时间模拟铝合金泡沫的压缩行为。我曾希望找到一些在弹性泡沫中经常观察到的带状不稳定性的证据[1]。Lakes写道，这种带状不稳定性为负剪切模量提供了间接的实验证据[2]。
但是我在模拟中没有发现这种波段的证据(图1)。
图1所示。泡沫铝的二维模拟。
或者在印度科学研究所U. Ramamurthy对Alporas泡沫进行的实验中(图2)。
图2。Alporas泡沫的压缩(U. Ramamurthy, IISC, Bangalore.)
我还没有时间进一步探讨这个问题。然而，我有几个猜想:
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1)剪切带只出现在纯弹性泡沫材料中。
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2)弹性泡沫中可能需要规则的结构来形成剪切带(例如，蜂窝结构)。
有人对这个问题有什么见解吗?任何能让我澄清的理论结果都是非常受欢迎的。
欲了解更多详情，请参阅我的幻灯片(去年在洛杉矶举行的WCCM会议上提出)。
注:
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[1]张建军，张建军，张建军，2003，“弹性多孔固体材料的微屈曲失稳”，材料科学与工程，28(4):467 - 472。
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[2]李志强，2001，“含负刚度夹杂物的复合材料的极限阻尼特性研究”，中国机械工程，41(4):565-567。
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评论
微观力学
你有没有尝试过金属泡沫的微观力学分析方法?
微观力学
亨利,
在研究泡沫的微观力学时，标准的程序是选择一个单元，研究它在各种载荷下的行为。通常细胞被认为是一个规则的形状(如六边形)。如果你对这样的单元进行分析，你会发现出现了屈曲不稳定性，导致与加载方向成一定角度的剪切带。如果条带在材料仍有弹性时形成，则在塑性变形开始时继续形成。然而，在我模拟的具有随机微观结构的泡沫中，我还没有看到任何这样的条带。
我认为这将是一个很好的本科项目，可以弄清楚乐队何时组建，何时解散。
临界材料组合
剪切失稳的发生是否取决于你选择的模拟材料的性质(铝合金泡沫)?
我猜有一个关键的材料组合决定了不稳定是否会发生。
Re:临界材料组合
Honglai,
如果材料是有弹性的，你很有可能得到这些带子。然而，在我的模拟的弹性阶段，我没有看到任何这样的波段。同样，在Alposa泡沫上的实验也没有显示出任何这样的条带。我使用的材料模型是Anup Bhawalkar和我开发的铝的扩展机械阈值应力模型，并适合于大量的6061-T6铝合金的实验数据。
很高兴看到其他人对这种方式的发现。我当然不是金属泡沫的专家。
Biswajit
链接到博客:
链接到我的博客:爆炸科学与工程
一些泡沫模拟电影
这里有一些模拟闭孔泡沫铝供您娱乐。Youtube已经将电影平面化了很多，帧数也减少了，以减小电影的大小。
1）泡沫微观结构的创建:
我所做的是从气泡的随机分布开始。气泡从内部加压，直到相邻气泡之间的间隙低于一定的容限。你可以看到最终的微观结构与实际的泡沫相似。
2）粉碎:用空孔粉碎金属泡沫:
在这个视频中，我展示了一个单向粉碎无约束铝金属泡沫的例子。注意细胞如何从顶部开始一个接一个地弯曲，而泡沫的其余部分不受影响。还要注意粉碎细胞的最终配置。这种结构很难，如果不是不可能，实现使用标准有限元。我的模拟是使用物质点法(GIMP)进行的。
３）粉碎:用充满空气的容器粉碎金属泡沫:
这段视频显示了与之前相同的泡沫微观结构的粉碎模拟。然而，在这种情况下，泡沫被限制在侧面，细胞在大气压力下充满空气。随着挤压的继续，细胞受到压力，挤压的速度比前一种情况略慢。细胞内的颜色表示气体压力。有趣的是，没有一个细胞壁受到足够的压力而破裂。这表明在粉碎过程中可能存在一些数值气体泄漏。然而，由于细胞壁很薄，这一点很难证实。欢迎大家指教。