Penelitian Tentang Mekanika Plastik Kompresi Bahan Logam Busa

Dengan perkembangan ekonomi dan kemajuan masyarakat, teknologi industri telah berkembang pesat. Pengembangan bahan komposit dan eksplorasi bahan baru adalah topik penting di bidang industri saat ini. Sebagai jenis bahan baru, dibandingkan dengan bahan logam tradisional dan bahan polimer berpori, busa logam tidak hanya memiliki karakteristik bahan fungsional, tetapi juga memperhitungkan karakteristik bahan struktural. Ini memiliki keuntungan yang jelas dan prospek pengembangan yang luas. Saat ini, bahan logam berbusa telah diterapkan di berbagai bidang seperti industri mobil, industri konstruksi, dan bidang penerbangan, dan telah menjadi salah satu topik utama penelitian di bidang bahan baru.

1. Karakteristik busa logam

Bahan busa memiliki kerangka logam dan pori-pori. Dibandingkan dengan bahan logam tradisional, ia memiliki sifat dasar seperti kemampuan las logam tradisional dan juga memiliki sejumlah besar pori-pori internal. Justru karena keberadaan pori-pori internal inilah logam busa memiliki kelebihannya sendiri.

1.1 Permeabel

Karena busa logam memiliki sejumlah besar pori-pori, tetapi jumlah sel tertutup juga menempati sebagian besar, karena hanya struktur pori-pori yang memiliki permeabilitas, sehingga pori-pori tertutup memiliki pengaruh besar pada permeabilitas. Pada saat yang sama, permeabilitas juga terkait dengan ukuran ukuran pori dan sifat-sifat meresap.

1.2 Pengurangan kebisingan dan penyerapan guncangan

Struktur melalui lubang yang ada dalam busa logam dapat mengubah gelombang dan getaran suara yang masuk menjadi energi panas dan menghilangkannya. Kinerja pengurangan kebisingan dan penyerapan goncangan secara langsung terkait dengan ketinggian porositas dan ukuran diameternya. Pada saat yang sama, logam busa lebih tahan lama daripada asbes dan bahan lainnya, dan memiliki kekuatan yang lebih tinggi dan keterbelakangan api yang lebih baik.

1.3 Konduktivitas termal

Konduktivitas termal busa logam lebih baik daripada bahan logam dan lebih rendah dari bahan insulasi termal, dan konduktivitas termalnya terkait langsung dengan porositasnya. Struktur sel tertutup memiliki kinerja insulasi termal yang lebih baik daripada struktur melalui lubang. Dalam kondisi konvektif, meningkatkan porositas dan memperluas ukuran pori dapat meningkatkan kapasitas perpindahan panas konvektif.

1.4 Sifat listrik

Karena struktur pori, redamannya sangat bagus. Jika polimer molekul tinggi diisi di pori-pori, karakteristik redaman dapat ditingkatkan secara efektif. Untuk busa logam, sifat redaman secara langsung terkait dengan ukuran luas permukaan.

2. Bentuk struktural bahan busa logam

Ketika orang belajar dan menggunakan bahan struktural, mereka harus terlebih dahulu mempertimbangkan sifat mekanik bahan. Oleh karena itu, sifat mekanik merupakan parameter penting untuk evaluasi kinerja material. Untuk melakukan penelitian mendalam tentang sifat mekanik material itu sendiri, orang harus terlebih dahulu memahami struktur dan morfologi material.

Tubuh utama bahan busa logam adalah kerangka logam dan pori-pori, dan pori-pori termasuk dua jenis lubang dan sel tertutup. Struktur melalui lubang juga disebut sel terbuka, yaitu lubang udara tunggal di dalam logam busa terbuka, dan lubang udara terhubung satu sama lain. Pori-pori struktur sel tertutup tertutup dan independen satu sama lain, dan dipisahkan dari logam induk. Perlu dicatat bahwa sel tertutup dan sel terbuka hidup berdampingan di sebagian besar struktur kandungan busa logam.

Struktur pendukung logam lereng dapat dibagi menjadi dinding lubang, tulang rusuk dan sendi. Dalam struktur sel terbuka, pori-pori saling berhubungan, dan dinding pori yang terisolasi tidak lengkap, sedangkan struktur sel tertutup mengisolasi pori-pori oleh dinding pori lengkap. Ketika dinding pori jauh lebih tipis daripada tulang rusuk, pengaruh dinding pori pada sifat mekanik keseluruhan bahan busa logam sangat lemah, dan dapat dianggap sebagai struktur sel kuasi-terbuka.

3. Sifat mekanik tekan dari bahan logam berbusa

3.1 Perilaku Kompresi Statis

Kurva tegangan-regangan dari bahan busa logam dibagi menjadi tiga tahap (lihat Gambar 1): tahap pertama adalah tahap deformasi elastis, tahap kedua adalah tahap dataran tinggi hasil, dan tahap ketiga adalah tahap pemadatan keruntuhan. Pada awalnya, regangannya kecil, dan pemusatan tegangan-regangan adalah elastisitas linier; kemudian ketegangan terus meningkat, dan tekanan berada dalam fase dataran tinggi, hampir dalam keadaan perubahan konstan atau kecil, dan akhirnya, dengan ekstrusi terus menerus dari lubang internal bahan logam busa Ditekan bersama, bahan berada dalam keadaan kompak dengan peningkatan stres yang cepat. Di bawah aksi gaya tekan, mekanisme deformasi bahan logam busa terutama pembengkokan prisma dan pembengkokan dan peregangan film dinding lubang. Namun, beberapa lubang di material itu sendiri lemah. Ketika strain terkonsentrasi dalam posisi lokal, lubang yang awalnya lemah pertama kali dihancurkan di bawah aksi ekstrusi, dan kemudian lubang yang berdekatan didorong untuk terus dihancurkan, membentuk transmisi sekuensial. Situasi akhirnya menyebabkan penciptaan "zona deformasi". Dengan ekspansi terus menerus dari "zona deformasi", ketika ekspansi dan transmisi tegangan kegagalan mempengaruhi seluruh material, itu dimanifestasikan sebagai seluruh bahan yang dihancurkan. Dapat dilihat bahwa deformasi plastik tekan dari bahan busa logam berturut-turut dihancurkan oleh transfer lapisan demi lapisan.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa ketika bahan busa logam mengalami gaya tekan, tahap deformasi elastis sangat pendek, dan ketika regangan mencapai 2%, itu akan memasuki periode dataran tinggi hasil, artinya, untuk bahan busa logam, Stres hasil tekan dan tegangan dataran tinggi hasil sama.

3.2 Perilaku Kompresi Dinamis

Sifat penyerap guncangan busa logam membuatnya menjadi bahan penyerap guncangan dan penyangga yang baik yang digunakan dalam banyak kesempatan. Meneliti sifat mekanik busa logam di bawah beban tekan dinamis adalah masalah panas di bidang bahan baru. Dibandingkan dengan sifat mekanik di bawah beban tekan statis, sifat mekanik beban tekan dinamis lebih kompleks. Kompresi dinamis perlu sepenuhnya mempertimbangkan serangkaian efek dinamis, termasuk efek inersia dan efek laju regangan. Menurut mekanisme deformasi tekan dari bahan logam berbusa, kekuatan luluh material ditingkatkan ketika laju regangan lebih tinggi. Dalam kondisi beban tekan statis, bahan busa logam mengalami deformasi kompresi lapis demi lapis, dan satu lapisan dinding pori mengalami deformasi lentur, yaitu tahap pertama deformasi plastik hingga runtuhnya lapisan kedua pori-pori. Di bawah aksi, ia runtuh lapis demi lapis sampai semua pori-pori ditekuk dan dipadatkan ke tingkat yang padat. Proses deformasi ini tidak seragam dan tidak stabil di bagian tertentu. Kemudian dalam kondisi beban tekan dinamis, stres meningkat dan penguatan material terutama dipengaruhi oleh dua faktor. Salah satunya adalah dengan peningkatan kecepatan benturan yang terus menerus, pori-pori pada permukaan benturan dipadatkan lebih erat, sehingga stres hasil meningkat terus menerus. Yang lainnya adalah bahwa kompresi dinamis memiliki fitur lokalisasi yang menonjol, yang membuat laju regangan zona deformasi plastik kompresi meningkat, dan efek inersia mikro menghasilkan peningkatan mode deformasi simetris dan asimetris.