फोम धातु सामग्री के संपीड़न प्लास्टिक यांत्रिकी पर अनुसंधान

अर्थव्यवस्था के विकास और समाज की प्रगति के साथ, औद्योगिक प्रौद्योगिकी तेजी से विकसित हुई है। समग्र सामग्रियों का विकास और नई सामग्रियों की खोज आज के औद्योगिक क्षेत्र में महत्वपूर्ण विषय हैं। पारंपरिक धातु सामग्री और झरझरा बहुलक सामग्री की तुलना में एक नए प्रकार की सामग्री के रूप में, धातु फोम में न केवल कार्यात्मक सामग्री की विशेषताएं हैं, बल्कि संरचनात्मक सामग्रियों की विशेषताओं को भी ध्यान में रखा गया है। इसके स्पष्ट लाभ और व्यापक विकास की संभावनाएं हैं। आजकल, फोम्ड धातु सामग्री को ऑटोमोबाइल उद्योग, निर्माण उद्योग और विमानन क्षेत्र जैसे कई क्षेत्रों में लागू किया गया है, और नई सामग्रियों के क्षेत्र में अनुसंधान के प्रमुख विषयों में से एक बन गया है।

1. धातु फोम के लक्षण

फोम सामग्री में धातु कंकाल और छिद्र होते हैं। पारंपरिक धातु सामग्री की तुलना में, इसमें पारंपरिक धातु वेल्डेबिलिटी जैसे बुनियादी गुण हैं और इसमें बड़ी संख्या में आंतरिक छिद्र भी हैं। यह इन आंतरिक छिद्रों के अस्तित्व के कारण है कि फोम धातु के अपने फायदे हैं।

1.1 पारगम्य

क्योंकि धातु फोम में बड़ी संख्या में छिद्र होते हैं, लेकिन बंद कोशिकाओं की संख्या भी एक बड़े अनुपात पर कब्जा कर लेती है, क्योंकि केवल थ्रू-पोर संरचना में पारगम्यता होती है, इसलिए बंद छिद्रों का पारगम्यता पर बहुत प्रभाव पड़ता है। उसी समय, पारगम्यता भी छिद्र आकार के आकार और प्रवेश के गुणों से संबंधित है।

1.2 शोर में कमी और सदमे अवशोषण

धातु फोम में मौजूद थ्रू-होल संरचना आने वाली ध्वनि तरंगों और कंपनों को गर्मी ऊर्जा में परिवर्तित कर सकती है और इसे नष्ट कर सकती है। शोर में कमी और सदमे अवशोषण का प्रदर्शन सीधे इसकी सरंध्रता की ऊंचाई और इसके व्यास के आकार से संबंधित है। उसी समय, फोम धातु एस्बेस्टस और अन्य सामग्रियों की तुलना में अधिक टिकाऊ है, और इसमें उच्च शक्ति और बेहतर लौ मंदता है।

1.3 तापीय चालकता

धातु फोम की थर्मल चालकता धातु सामग्री की तुलना में बेहतर है और थर्मल इन्सुलेशन सामग्री की तुलना में कम है, और इसकी थर्मल चालकता सीधे इसकी सरंध्रता से संबंधित है। बंद सेल संरचना के माध्यम से छेद संरचना की तुलना में बेहतर थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन है। संवहनी परिस्थितियों के तहत, सरंध्रता को बढ़ाने और ताकने के आकार का विस्तार करने से संवहनी गर्मी हस्तांतरण क्षमता में सुधार हो सकता है।

1.4 विद्युत गुण

रंध्र संरचना के कारण, अवमंदन बहुत अच्छा है। यदि उच्च आणविक बहुलक छिद्रों में भरा जाता है, तो अवमंदन विशेषताओं को प्रभावी ढंग से सुधारा जा सकता है। धातु फोम के लिए, अवमंदन गुण सीधे सतह क्षेत्र के आकार से संबंधित हैं।

2. धातु फोम सामग्री के संरचनात्मक रूप

जब लोग संरचनात्मक सामग्रियों का अध्ययन और उपयोग करते हैं, तो उन्हें पहले सामग्री के यांत्रिक गुणों पर विचार करना चाहिए। इसलिए, यांत्रिक गुण सामग्री प्रदर्शन मूल्यांकन के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। सामग्री के यांत्रिक गुणों पर गहराई से शोध करने के लिए, लोगों को पहले सामग्री की संरचना और आकृति विज्ञान को समझना चाहिए।

धातु फोम सामग्री का मुख्य शरीर धातु कंकाल और छिद्र है, और छिद्रों में दो प्रकार के माध्यम से छेद और बंद-कोशिकाएं शामिल हैं। थ्रू-होल संरचना को एक ओपन सेल भी कहा जाता है, अर्थात, फोम धातु के अंदर एक एकल हवा का छेद खुला होता है, और हवा के छेद एक दूसरे से जुड़े होते हैं। बंद-सेल संरचना के छिद्र बंद और एक-दूसरे से स्वतंत्र होते हैं, और मूल धातु से अलग होते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बंद कोशिकाएं और खुली कोशिकाएं अधिकांश धातु फोम सामग्री संरचनाओं में सह-अस्तित्व में हैं।

ढलान धातु की समर्थन संरचना को छेद की दीवारों, पसलियों और जोड़ों में विभाजित किया जा सकता है। ओपन-सेल संरचना में, छिद्र परस्पर जुड़े होते हैं, और अलग-थलग छिद्र दीवारें अधूरी होती हैं, जबकि बंद-कोशिका संरचना पूर्ण छिद्र दीवार द्वारा छिद्रों को अलग करती है। जब रंध्र की दीवार रिब की तुलना में बहुत पतली होती है, तो धातु फोम सामग्री के समग्र यांत्रिक गुणों पर ताकना दीवार का प्रभाव बहुत कमजोर होता है, और इसे एक अर्ध-खुली सेल संरचना के रूप में माना जा सकता है।

3. foamed धातु सामग्री के संपीड़न यांत्रिक गुण

3.1 स्थैतिक संपीड़न व्यवहार

धातु फोम सामग्री के तनाव-तनाव वक्र को तीन चरणों में विभाजित किया गया है (चित्रा 1 देखें): पहला चरण लोचदार विरूपण चरण है, दूसरा चरण उपज पठार चरण है, और तीसरा चरण पतन संघनन चरण है। शुरुआत में, तनाव छोटा है, और तनाव-तनाव केंद्र रैखिक लोच है; फिर तनाव में वृद्धि जारी है, और तनाव एक पठार चरण में है, लगभग निरंतर या छोटे परिवर्तन की स्थिति में है, और अंत में, फोम धातु सामग्री के आंतरिक छेद के निरंतर बाहर निकालना के साथ एक साथ दबाया गया है, सामग्री तनाव में तेजी से वृद्धि के साथ एक कॉम्पैक्ट राज्य में है। संपीड़न बल की कार्रवाई के तहत, फोम धातु सामग्री का विरूपण तंत्र मुख्य रूप से प्रिज्म का झुकना और छेद की दीवार फिल्म का झुकना और खींचना है। हालांकि, सामग्री में कुछ छेद खुद को कमजोर कर रहे हैं। जब तनाव एक स्थानीय स्थिति में केंद्रित होता है, तो मूल रूप से कमजोर छेद ों को पहले एक्सट्रूज़न की कार्रवाई के तहत कुचल दिया जाता है, और फिर आसन्न छेदों को कुचलने के लिए प्रेरित किया जाता है, जिससे एक अनुक्रमिक संचरण बनता है। स्थिति ने अंततः "विरूपण क्षेत्र" के निर्माण का नेतृत्व किया। "विरूपण क्षेत्र" के निरंतर विस्तार के साथ, जब विफलता तनाव का विस्तार और संचरण पूरी सामग्री को प्रभावित करता है, तो यह पूरी सामग्री को कुचलने के रूप में प्रकट होता है। यह देखा जा सकता है कि धातु फोम सामग्री का संपीड़न प्लास्टिक विरूपण परत-दर-परत हस्तांतरण द्वारा क्रमिक रूप से नष्ट हो जाता है।

प्रयोगात्मक परिणामों से पता चलता है कि जब धातु फोम सामग्री को संपीड़न बल के अधीन किया जाता है, तो लोचदार विरूपण चरण बहुत छोटा होता है, और जब तनाव 2% तक पहुंच जाता है, तो यह उपज पठार अवधि में प्रवेश करेगा, अर्थात, धातु फोम सामग्री के लिए, संपीड़न उपज तनाव और उपज पठार तनाव बराबर होते हैं।

3.2 गतिशील संपीड़न व्यवहार

धातु फोम के सदमे को अवशोषित करने वाले गुण इसे कई अवसरों में उपयोग की जाने वाली एक अच्छी शॉक-अवशोषित और बफरिंग सामग्री बनाते हैं। गतिशील संपीड़न लोड के तहत धातु फोम के यांत्रिक गुणों पर शोध करना नई सामग्रियों के क्षेत्र में एक गर्म मुद्दा है। स्थैतिक संपीड़न भार के तहत यांत्रिक गुणों की तुलना में, गतिशील संपीड़न भार के यांत्रिक गुण अधिक जटिल होते हैं। गतिशील संपीड़न को गतिशील प्रभावों की एक श्रृंखला पर पूरी तरह से विचार करने की आवश्यकता है, जिसमें जड़त्वीय प्रभाव और तनाव दर प्रभाव शामिल हैं। फोम्ड धातु सामग्री के संपीड़न विरूपण तंत्र के अनुसार, तनाव दर अधिक होने पर सामग्री की उपज शक्ति में सुधार होता है। स्थैतिक संपीड़न भार की स्थिति के तहत, धातु फोम सामग्री परत दर परत संपीड़न विरूपण परत से गुजरती है, और ताकना दीवारों की एक परत झुकने वाले विरूपण से गुजरती है, अर्थात, छिद्रों की दूसरी परत के पतन के लिए प्लास्टिक विरूपण का पहला चरण। कार्रवाई के तहत, यह परत दर परत ढहजाता है जब तक कि सभी छिद्रों को मोड़ा और घने डिग्री तक संकुचित नहीं किया जाता है। यह विरूपण प्रक्रिया समान नहीं है और एक निश्चित भाग में अस्थिर है। फिर गतिशील संपीड़न भार की स्थिति के तहत, तनाव बढ़ जाता है और सामग्री को मजबूत करना मुख्य रूप से दो कारकों से प्रभावित होता है। एक यह है कि प्रभाव की गति की निरंतर वृद्धि के साथ, प्रभाव सतह पर छिद्रों को अधिक कसकर कॉम्पैक्ट किया जाता है, ताकि उपज तनाव लगातार बढ़ जाए। दूसरा यह है कि गतिशील संपीड़न में एक प्रमुख स्थानीयकरण विशेषता है, जो संपीड़न प्लास्टिक विरूपण क्षेत्र की तनाव दर को बढ़ाती है, और सूक्ष्म-जड़ता के प्रभाव के परिणामस्वरूप विरूपण के सममित और विषम मोड की वृद्धि होती है।