泡沫鋁
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-11-02
泡沫鋁的視頻教程
泡沫鋁的實例教程
摘 要：泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)因其優(yōu)良的物理性能被廣泛應用于汽車工業(yè)領(lǐng)域，為研究不同材料組合對三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁隔聲性能的影響，利用COMSOL有限元軟件對純泡沫鋁和三種常見三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁三維幾何模型進行建模，并對其傳遞損失進行了數(shù)值仿真計算。分析了不同材料組合對三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁隔聲性能的影響。結(jié)果表明：(1)三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁的隔聲性能要優(yōu)于純泡沫鋁，尤其在高頻段(2)三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁傳遞損失存在周期性規(guī)律，即傳遞損失在低頻段先增后減、中頻段先減后增、高頻段逐漸增大的趨勢。
關(guān)鍵詞：COMSOL;復合結(jié)構(gòu);泡沫鋁;傳遞損失;
泡沫鋁是一種輕質(zhì)多孔金屬材料，在其鋁基體中含有不計其數(shù)的氣泡[1],且同時呈現(xiàn)出金屬相氣泡特征，是一種應用前景十分廣闊的物理功能性材料。由于泡沫鋁具有輕質(zhì)、高比剛度、高比強度、吸聲隔熱、阻尼減震、電池屏蔽等特點，在航空航天、高速芯片，建筑材料中均有十分重要的應用。由于具有優(yōu)良的物理性能，近些年泡沫鋁材料又逐漸進入汽車應用領(lǐng)域。泡沫鋁經(jīng)典應用之一就是泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)[2],由于綜合了泡沫鋁和金屬板件的性能，這種結(jié)構(gòu)強度較好，得到了廣泛的應用。但隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，在整個汽車新產(chǎn)品開發(fā)或選購的過程中，人們對于乘坐過程中的舒適性有了更高的要求。徐平等[3]通過有限元仿真方法研究了泡沫鋁復合結(jié)構(gòu)救生艙的隔聲性能；唐振正和崔承勛[4]研究了不同復合板密度和厚度對其復合結(jié)構(gòu)的隔聲性能影響；梁李斯等[5]研究了打孔泡沫鋁和打孔鋁板組成的復合結(jié)構(gòu)的吸聲性能。可見近年來關(guān)于分析泡沫鋁三明治復合結(jié)構(gòu)聲學性能方面的研究較少，比如將泡沫鋁和鋁合金或碳纖維復合材料等結(jié)合，可以一定程度上加強泡沫鋁和其他材料之間的結(jié)合力，強化各材料的性能特點。
展開 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開CMF（色彩、材料、工藝）
泡沫鋁，又叫發(fā)泡鋁，從名字上來看，是由分布著氣泡的鋁金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，整體非常的蓬松。材料本身擁有質(zhì)輕、吸音等天然的特性，也可以做成非常豐富的色彩及透光效果。本文筆者用通俗易懂的語言及圖片來詳細介紹一下這種材料及產(chǎn)品，看看未來能不能跨界應用在您所從事的產(chǎn)品領(lǐng)域中。主要內(nèi)容包括：
一、什么是泡沫鋁及其制備方法？
二、性能特點有哪些？
三、國內(nèi)泡沫鋁部分生產(chǎn)企業(yè)介紹
四、主要應用領(lǐng)域及設(shè)計案例欣賞
圖 泡沫鋁制成、Michael Young設(shè)計
一、什么是泡沫鋁及其制備方法
泡沫鋁，通俗來講，就是將鋁金屬材料進行發(fā)泡處理，形成分布有大量氣泡的微觀金屬孔隙結(jié)構(gòu)。其獨特魅力在于，材料在不同產(chǎn)品應用領(lǐng)域及對應的不同性能需求，可以通過改變材料本身的密度和孔結(jié)構(gòu)來設(shè)計實現(xiàn)。
圖 泡沫鋁及結(jié)構(gòu)特點
泡沫鋁的制備方法多種多樣，主要有固態(tài)金屬燒結(jié)、液態(tài)金屬凝固及金屬沉積法等，詳情可見下圖：
泡沫鋁可以說是一種新型的功能性結(jié)構(gòu)材料，潛力巨大，目前歐美、日韓等國家都在大力研發(fā)，并已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)也有數(shù)十個科研單位在研究，目前制約發(fā)展的主要因素有成本、性能穩(wěn)定性及設(shè)計精密度等。泡沫鋁可以說在諸多行業(yè)都有著廣闊的應用前景，是材料領(lǐng)域的“黑科技”。
圖 不同孔徑大小的泡沫鋁材料剖面
二、性能特點有哪些？
展開 泡沫金屬，亦稱多孔金屬，涵蓋了如泡沫鋁、泡沫鎳及泡沫鈦等多種類型，是一種具備三維連通孔隙結(jié)構(gòu)的先進工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優(yōu)勢，形成了獨特的物理和力學性能，因而被廣泛應用于眾多領(lǐng)域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構(gòu)建具有連通孔隙結(jié)構(gòu)特征的三維泡沫金屬模型。
泡沫金屬的建模可通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本實現(xiàn)，其中為確保生成模型中孔隙的連通性，球體間的最小間距參數(shù)應設(shè)定為負值。截取模型的內(nèi)部區(qū)域作為泡沫金屬模型。
在AutoCAD中將模型導出為SAT文件格式后，可導入COMSOL軟件中，以建立具有連通孔隙結(jié)構(gòu)的泡沫金屬部件。
根據(jù)模擬需求，可對多孔結(jié)構(gòu)部件設(shè)定相應的材料屬性。
此外，還需根據(jù)模擬要求完成網(wǎng)格劃分，以確保分析的精確性與計算效率。
展開 泡沫填充薄壁結(jié)構(gòu)能有效地改善汽車薄壁吸能部件的耐撞性。為設(shè)計更輕與更有效的吸能結(jié)構(gòu)并滿足汽車安全性設(shè)計要求提出一種新穎的輕質(zhì)鋁泡沫填充雙管薄壁結(jié)構(gòu)并對其耐撞性展開確定性最優(yōu)化設(shè)計。但是由于薄壁結(jié)構(gòu)的厚度、屈服強度以及鋁泡沫的密度等設(shè)計參數(shù)易受到仿真以及制造誤差等不確定性因素的影響導致確定性最優(yōu)解收斂于約束邊界從而丟失了應有的使用可靠性要求。因此提出基于Kriging近似模型與一階可靠性分析方法的鋁泡沫填充結(jié)構(gòu)可靠性最優(yōu)設(shè)計方法并進一步開展基于參數(shù)不確定性的鋁泡沫填充結(jié)構(gòu)的耐撞性可靠性優(yōu)化設(shè)計研究。優(yōu)化結(jié)果顯示可靠性最優(yōu)解不僅遠離約束邊界而且較好地滿足了鋁泡沫填充結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性設(shè)計要求。
鋁泡沫填充薄壁結(jié)構(gòu)耐撞可靠性優(yōu)化設(shè)計.pdf
展開 
泡沫鋁的相關(guān)專題、標簽、搜索
泡沫鋁的最新內(nèi)容
泡沫金屬/多孔金屬等；橡膠；陶瓷材料：氮化鋁、氧化鋁、氧化鋯、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物；玻璃等
導熱散熱材料
熱界面材料：導熱矽膠布、薄膜/膠帶、導熱硅膠、導熱硅脂、導熱凝膠、導熱灌封膠、導熱墊/碳纖維導熱墊、聚合物基復合導熱材料，液態(tài)金屬，導熱灌封膠等
陶瓷基板：氧化鋁 (Al2O3)、氮化鋁 (AlN)、氮化硅(Si3N4 )、氧化鈹 (BeO)；碳化硅 (SiC)、氮化硼
泡沫金屬，亦稱多孔金屬，涵蓋了如泡沫鋁、泡沫鎳及泡沫鈦等多種類型，是一種具備三維連通孔隙結(jié)構(gòu)的先進工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優(yōu)勢，形成了獨特的物理和力學性能，因而被廣泛應用于眾多領(lǐng)域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構(gòu)建具有連通孔隙結(jié)構(gòu)特征的三維泡沫金屬模型。
泡沫金屬，又稱為多孔金屬，常見的類型有泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫鈦等，是一種具有三維連通孔隙結(jié)構(gòu)的新型工程材料。它結(jié)合了金屬和泡沫材料的優(yōu)點，擁有獨特的物理、力學性能，廣泛應用于多個領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立具備連通孔隙結(jié)構(gòu)的三維泡沫金屬結(jié)構(gòu)模型。
多孔結(jié)構(gòu)廣泛應用于過濾、催化、能量吸收等領(lǐng)域。基于Voronoi圖的方法通過調(diào)整生成點的位置和密度，控制多孔結(jié)構(gòu)的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質(zhì)，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維多孔材料。
首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。
集流體是鋰離子電池中的重要組成部分，常用泡沫鋁集流體不僅能承載活性物質(zhì)，而且還可以將電極活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集并輸出，有利于降低鋰離子電池的內(nèi)阻，提高電池的庫倫效率、倍率性能和循環(huán)工作的穩(wěn)定性。
圖6 碳纖維復合材料-泡沫鋁-鋁合金 三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁傳遞損失
通過圖7對比分析得知，在低頻段和高頻段內(nèi)三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁隔聲性能基本均優(yōu)于純泡沫鋁結(jié)構(gòu)且鋁合金-泡沫鋁-鋁合金三明治復合結(jié)構(gòu)泡沫鋁性能最佳，但在中高頻段，根據(jù)不同的頻段范圍純泡沫鋁結(jié)構(gòu)要明顯優(yōu)于其他組合三明治復合結(jié)構(gòu)。
03
展品布局
原材料展示
①導熱填料：氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化鎂、氧化皺、石墨、炭黑等；銅粉、銀粉、金粉、鎳粉和鋁粉等；
②封裝材料：鋁、銅(鍍銅)、鎢/銅、鉬/銅、硅/鋁、鈹/鋁、泡沫金屬/多孔金屬等，氧化鋁、氧化鋯、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物；橡膠；玻璃等；
③聚合物材料：有機硅、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、酚醛樹脂等
企業(yè)展品布局
LAYOUT OF ENTERPRISE & BUSINESS EXHIBITION
原材料展示
①導熱填料：無機非金屬：氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化鎂、氧化鈹、石墨、炭黑等；金屬粉體：銅粉、銀粉、金粉、鎳粉和鋁粉等
②封裝材料：金屬：鋁、銅（鈹銅）、鎢/銅、鉬/銅、硅/鋁、鈹/鋁、泡沫金屬/多孔金屬等；橡膠；陶瓷：氧化鋁、氧化鋯、碳化物
聚氨酯泡沫和鋁壓花是主要原材料。
CH的電磁波干擾(EMI)屏蔽墊片
ICH計劃將收購的聚氨酯泡沫設(shè)備遷往越南。目前，越南工廠可以自主生產(chǎn)鋁壓花。通過主要原材料的自主供應，確保顯示復合材料產(chǎn)品成本競爭力。墊片也是聚氨酯泡沫是原材料，因此可以降低生產(chǎn)成本。
ICH以業(yè)務(wù)收購為契機，還在考慮二次電池用散熱材料、家用電器材料等采用聚氨酯泡沫產(chǎn)品的中長期事業(yè)方案。
幾何建模
首先利用COMSOL有限元軟件對泡沫鋁阻性消聲器進行了三維幾何建模，其中穿孔管位于膨脹腔內(nèi)部并于進出口兩端相連。
圖1 泡沫鋁阻性消聲器三維幾何模型
圖2 泡沫鋁阻性消聲器內(nèi)部穿孔管
控制方程
泡沫鋁阻性消聲器內(nèi)部存在兩種介質(zhì)：空氣和泡沫鋁吸聲材料。
