Συμπεριφορά πορωδών υλικών σε έντονα φορτία κρούσης

Abstract

In the present work, a metallographic analysis of the structure of Alporas foam is performed, for commercial samples, as well as for samples that were produced by similar methods in the laboratory. The purpose of the metallographic analysis was to characterize the structure, as well as to determine the mechanisms that take place during static and impact loads. It is also investigated experimentally whether the machining processes (milling and wire Electro-Discharge Machining) affect the mechanical properties of porous aluminum, i.e., quasi-static and impact loads. In addition, applying macro- and micro-structural characterization of the surfaces, information was obtained about the complex mechanism that takes place during these machining processes. For a deeper study and understanding of the deformation mechanisms, mainly on a macroscopic scale, it was necessary to simulate the loading of the foam samples through the Finite Elements Method (FEM). In the context of the present work, an impact test device was designed and constructed. This device was used for the conduct of metal foam impact experiments. It is a robust low-cost construction that can be used in the preliminary investigation of porous materials under impact conditions. At the same time, it provides a quantitative analysis of the behavior of metal foams under dynamic loads.

Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μεταλλογραφική ανάλυση της δομής των δοκίδων αφρού τύπου Alporas, για εμπορικά δείγματα καθώς και για δείγματα τα οποία παράχθηκαν, με παρόμοιες μεθόδους στο εργαστήριο. Η μεταλλογραφική ανάλυση, σκοπό έχει τον χαρακτηρισμό της δομής, καθώς επίσης και τον προσδιορισμό των μηχανισμών που λαμβάνουν χώρα κατά τις στατικές και κρουστικές φορτίσεις. Διερευνάται επίσης πειραματικά, το κατά πόσο οι κατεργασίες (φρεζάρισμα και ηλεκτροδιάβρωση σύρματος) επηρεάζουν τις μηχανικές ιδιότητες του πορώδους αλουμινίου, ήτοι, τις μηχανικές και κρουστικές φορτίσεις. Επιπροσθέτως, εφαρμόζοντας μάκρο και μίκροδομικό χαρακτηρισμό των επιφανειών κατεργασίας, προκύπτουν πληροφορίες για τον πολύπλοκο μηχανισμό που λαμβάνει χώρα κατά τις κατεργασίες αυτές. Για τη βαθύτερη μελέτη και κατανόηση των μηχανισμών παραμόρφωσης, κυρίως σε μακροσκοπική κλίμακα, κρίθηκε αναγκαία η προσομοίωση, της φόρτισης των δειγμάτων του αφρού, μέσω της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (FEM). Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε μια πρότυπη διάταξη δοκιμής κρούσεων. Η διάταξη αυτή κρίθηκε αναγκαία για την διεξαγωγή των πειραμάτων κρούσης των μεταλλικών αφρών. Αποτελεί δε, μια κατασκευή χαμηλού κόστους η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην προκαταρκτική έρευνα των πορωδών υλικών υπό συνθήκες κρούσης. Παράλληλα παρέχει μια ποσοτική ανάλυση για την συμπεριφορά των μεταλλικών αφρών υπό δυναμικές φορτίσεις.