空心微球/Zr基金属玻璃复合泡沫材料的冲击压缩行为和能量吸收机理

Amorphous metal foams have attracted increasing attention since they have a combination of lightweight, high strength, good ductility at room temperature, and high energy absorption. Recently, we successfully fabricated a Zr-based bulk metallic glass /alumina cenospheres syntactic foam. In quasi-static compression test, the syntactic foam exhibits high stiffness and strength, and hence, greatly enhanced energy absorbing capacity. In this project, we will study the deformation and failure behavior of materials under dynamic compression. The focus will be on the stress wave propagation in syntactic foams, the deformation and failure behavior and energy absorption mechanisms. We aim to reveal the role of cenospheres in the toughening of the foam, and propose the controlling parameters of the energy absorption properties of syntactic foams. The study may shed light on the design of new barrier materials and structures, and hence, is of great importance.

金属玻璃泡沫材料结合了金属泡沫和金属玻璃的优点，如轻质、高强度、良好的室温塑性及能量吸收性能，已引起研究者的广泛关注。申请者及所在课题组在前期成功制备了空心微球/Zr基金属玻璃复合泡沫材料，准静态的单轴压缩实验表明，该材料除了具有较高的刚度和屈服强度，同时还有非常好的延性和很高的能量吸收能力，有望成为新型冲击防护材料。本项目拟在前期工作的基础上，采用理论、实验和数值计算相结合，多尺度协同的方法，研究复合泡沫材料在冲击压缩下的变形和损伤破坏行为，探寻复合泡沫材料中应力波传播规律，揭示材料的变形破坏和能量吸收机理，阐明空心微球在金属玻璃基体中的增韧机制，提炼影响材料冲击压缩和能量吸收行为的关键微结构因素，提出优化的材料微结构设计方案。本项目有望为新型防护材料和防护结构的设计提供依据，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

金属玻璃泡沫材料结合了金属泡沫和金属玻璃的优点，如轻质、高强度、良好的室温塑性及能量吸收性能，已引起研究者的广泛关注。本项目成功制备了氧化铝空心微球/vit1金属玻璃复合泡沫材料，并进行了静动态单轴压缩实验，结果表明，该材料除了具有较高的刚度和屈服强度，同时还有非常好的延性和很高的能量吸收能力。进一步的研究表明，复合泡沫材料中高刚度和强度的氧化铝空心微球使复合材料具有较高的强度和稳定的应力平台，vit1基体孔棱在变形过程中产生的多重剪切带可以协调基体和空心微球的变形，使材料具有很好的延性，因此，复合泡沫材料具有很高的能量吸收能力。我们对复合泡沫材料和脆性陶瓷泡沫材料在单轴压缩实验中的应力平台的雪崩事件进行了统计分析，发现，二者的雪崩事件的尺度和能量释放都满足标度关系，但其标度指数不同，二者雪崩事件的等待时间也满足不同的统计规律，这反映了他们变形机理的差异。