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泡沫金属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。我曾希望找到一些证据，在弹性泡沫[1]中经常观察到的带不稳定性。Lakes写道，这种带状不稳定性为负剪切模量[2]提供了间接的实验证据。
但在我的模拟中，我没有发现这种带的证据(图1)
图1。泡沫铝的二维模拟。
或者在印度科学研究所U. Ramamurthy对Alporas泡沫的实验中(图2)。
图2。Alporas泡沫的压缩(U. Ramamurthy, IISC，班加罗尔)
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)为了在弹性泡沫中形成剪切带，可能需要一个规则的结构(例如蜂窝结构)。
有人对这个问题有什么见解吗?任何能让我明白的理论结果都是非常欢迎的。
要了解更多细节，你可以看看我的幻灯片(去年在洛杉矶的WCCM会议上发表)。
注:
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[1]参见，Lakes, Rosakis and Ruina, 1993，“弹性多孔固体的微屈曲不稳定性”，J. Materials Science, 28(17):4667-4672。
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[2] Lakes等，2001，“具有负刚度夹杂的复合材料的极端阻尼”，自然，410:565-567。
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评论
微观力学
你有没有试过用细观力学方法分析泡沫金属的行为?
微观力学
亨利,
在研究泡沫的微观力学时，标准程序是选择一个单元，并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。如果条带在材料仍然具有弹性时形成，那么当塑性变形开始时，它将继续发展。然而，在我对随机微结构泡沫的模拟中，我还没有看到任何这样的带。
我认为这将是一个很好的本科项目，来弄清楚乐队什么时候形成，什么时候不形成。
关键材料组合
剪切失稳的发生是否取决于您为模拟选择的材料性能(泡沫铝合金)?
我猜有一个关键的材料组合决定了不稳定是否会发生。
回复:关键材料组合
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带。此外，在Alposa泡沫上的实验也没有显示出任何这样的带。我使用的材料模型是我和Anup Bhawalkar开发的铝的扩展机械阈值应力模型，适用于6061-T6铝合金的大量实验数据。
很高兴看到其他人在这种方式上有什么发现。我当然不是泡沫金属方面的专家。
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已经将电影平摊了很多，帧数也被削减了，以减少电影的大小。
1）泡沫微观结构的创建:
我所做的是从随机分布的气泡开始。气泡从内部加压，直到相邻气泡之间的间隙低于一定的公差。你可以看到，最终的微观结构类似于实际的泡沫。
2）用空孔压碎泡沫金属:
在这个视频中，我展示了一个单向粉碎无约束的铝金属泡沫的例子。注意细胞如何从顶部开始一个接一个地弯曲，而其余的泡沫不受影响。还要注意压碎细胞的最终配置。使用标准的有限单元来实现这种结构是困难的，如果不是不可能的话。我的模拟是使用材料点法(GIMP)进行的。
3）用充气孔压碎泡沫金属:
这段视频显示了与之前相同的泡沫微观结构的挤压模拟。然而，在这种情况下，泡沫被限制在侧面，并且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，这很难证实。欢迎任何建议。