【摘 要】
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随着航空航天事业和轨道交通运输业的飞速发展,人们对于具有轻质、高强、吸能效率高等特性的高性能缓冲吸能构件的需求日益增加。泡沫铝填充金属薄壁管复合结构（简称填充结构）不仅具有优异的吸能特性,还具有较高的独立承载能力,可以作为缓冲吸能构件应用在交通运输、机械制造等领域。但是,填充结构在获得较高机械强度的同时,往往会额外增加构件的重量。碳纳米管增强铝基（CNT/Al）复合泡沫具有低密度、高强度等优异性能
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随着航空航天事业和轨道交通运输业的飞速发展,人们对于具有轻质、高强、吸能效率高等特性的高性能缓冲吸能构件的需求日益增加。泡沫铝填充金属薄壁管复合结构（简称填充结构）不仅具有优异的吸能特性,还具有较高的独立承载能力,可以作为缓冲吸能构件应用在交通运输、机械制造等领域。但是,填充结构在获得较高机械强度的同时,往往会额外增加构件的重量。碳纳米管增强铝基（CNT/Al）复合泡沫具有低密度、高强度等优异性能,作为填充芯材可以提高填充结构的综合性能,是解决以上问题的有效途径之一。然而CNTs在金属基体中难以实现均匀分散,影响了CNT/Al复合泡沫的力学性能,同时CNT/Al泡沫作为芯材的填充结构的力学性能研究尚属空白。本文首先采用CNT/Al复合泡沫直接填充6061铝合金薄壁管的方法制备了CNT/Al复合泡沫填充结构。采用原位化学气相沉积、短时球磨和填加造孔剂相结合的方法获得了填充所用的CNT/Al复合泡沫。重点研究了CNT/Al复合泡沫填充结构在压缩条件下的变形模式、压缩强度和吸能性能。同时结合对试样的宏观和微观表征,研究了CNT/Al复合泡沫与薄壁合金管之间的相互作用。结果表明,均匀分散的CNTs可以显著提高复合泡沫的强度,提高了CNT/Al复合泡沫填充结构的压缩强度和吸能性能,并且实现了CNT/Al复合泡沫与薄壁合金管之间有效的相互作用。CNT/Al复合泡沫在支撑合金管的同时,本身的变形也受到了限制。CNT/Al复合泡沫的变形抗力以及对合金管的支撑作用随着变形过程不断加强,对填充结构产生的增强效果逐渐提高。与此同时,复合泡沫对变形合金管的支撑作用以及对合金管形成的褶皱的填充作用极大地稳定了变形过程,CNT/Al复合泡沫填充结构的平台应力和能量吸收能力分别是薄壁合金管的约3.5倍和3.7倍。此外,CNT/Al复合泡沫填充结构比6061薄壁合金管具有更高的质量比吸能。该复合泡沫填充结构在无大幅增加结构重量的同时显著提高了结构的吸能性能,在减轻构件重量和提高吸能性能之间实现了较好的协调。该研究结果对于轻质高强的缓冲吸能结构的设计和制备具有指导意义。
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