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泡沫鋁是由鋁或鋁合金骨架及大量氣泡構成的新型金屬材料。根據(jù)其氣泡組成的不同，泡沫鋁可分為閉孔和開孔兩種形式。由于泡沫鋁具有特殊的空間結構，所以它具有重量輕、高隔熱性、高隔音性能、高抗沖擊性等優(yōu)良屬性。泡沫鋁符合當前新型材料的發(fā)展趨勢，21 世紀以來，泡沫鋁成為了很多發(fā)達國家新材料研發(fā)的熱點之一。熔體發(fā)泡法是目前應用最為廣泛的一種泡沫鋁制備方法，此方法制備原理簡單，具有生產(chǎn)成本低，樣品孔隙率高的優(yōu)點，一般用于較大尺寸產(chǎn)品的制備。
確定泡沫鋁孔洞結構與其力學性能之間的關系是目前泡沫鋁研究的重點。目前的研究方法主要是利用破壞性試驗來確定兩者之間的關系，這種方法生產(chǎn)周期長且成本較高，不利于泡沫金屬的推廣發(fā)展，因此確定一種預測泡沫鋁力學性能與宏觀孔洞結構之間關系的方法具有很重要的意義。
20世紀90年代以來，國內(nèi)外學者一直致力于建立合適的結構模型來更好的表述泡沫材料的的微觀結構參數(shù)對其力學性能的影響，其中：Shulmeister對低密度開孔泡沫鋁材料進行了數(shù)值分析研究，主要討論了其大變形過程；Andrews 和 Gibson利用立方體單胞模型對泡沫鋁的彈性性能進行了研究。十四面體模型能夠較為真實的反應泡面材料的真實結構，國外學者對其進行過諸多仔細的研究，但主要集中于探討開孔泡沫材料的性能，對閉孔泡沫材料的研究較少，國內(nèi)該方面工作起步較晚，且主要采用實驗測試的方法進行研究。
杭州那泰有限元分析公司將建立閉孔十四面體泡沫鋁模型，應用Deform-3D軟件對其準靜態(tài)壓縮變形過程進行有限元分析模擬計算，并充分考慮尺寸效應，保證三維模型與實際泡沫鋁樣品的孔洞結構嚴格對應，將模擬結果與實際試驗結果進行對比，研究其內(nèi)部缺陷及結構參數(shù)對其力學性能的影響。
泡沫鋁力學結構模型可分為 2 種：一種是各向異性，其周期性排列呈各向異性，比如正三邊形、正四邊形、正六邊形；另一種是各向同性，無序隨機排列，比如八面體模型、菱形十二面體等。
在泡沫鋁的發(fā)泡初始過程中，氣泡先以體心立方形式生成并以相同的速率生長，氣泡之間相互接觸后，胞體形狀變?yōu)槎嗝骟w形態(tài)，十四面體與實際的多面體泡沫具有相等的平均面數(shù)及孔棱數(shù)，且與四面體、八面體等模型相比，十四面體模型具有更高的孔隙率，能完全填充整個空間，是一種理想的研究泡沫鋁力學性能的結構模型。
十四面體模型的單胞的結構包括 8 個正六邊形和 6 個正四邊形．若胞體以立方體心形式排列，即在立方體的 8 個頂點和體心排列單胞，則可以填充整個空間．十四面體模型體現(xiàn)了泡沫鋁在發(fā)泡過程中氣泡變化的主要特征，即在發(fā)泡過程中，氣泡在粘度適當?shù)囊簯B(tài)基體材料中形核和長大。如果氣泡在開始過程中以規(guī)則的體心立方形式排列，并且按照恒定的速度向周圍生長膨脹，當氣泡之間的接觸面在氣泡碰撞接觸后變?yōu)榻破矫�，氣泡由�?guī)則球形變成多面體結構，構成規(guī)則排列的多面體泡沫結構，即為閉孔十四面體模型。
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