Aplikace pěnového hliníkového sendvičového materiálu při explozi budov-Důkaz

Hliníková pěna má mnoho aplikací v budovách a materiály odolné proti výbuchu v budovách-jsou jedním z jejích důležitých použití. Například vrstva z pěnového hliníkového kompozitu-vzdorná proti výbuchu může chránit sloup rámové konstrukce budovy, sendvičový panel vyrobený z pěnového hliníku a ocelového plechu lze použít jako ochranné dveře budovy a pěnový hliníkový sendvičový nosník lze použít k ochraně inženýrské budovy atd. Protože hliníková pěna je novým typem funkčního materiálu, doba vývoje není dlouhá, ale její vynikající absorpce energie a odolnost proti nárazu předurčují, že bude mít větší využití v budova odolná proti výbuchu-.

1. Technologie přípravy pěnového hliníkového sendvičového materiálu

Přestože hliníková pěna má mnoho výhod, její nízká pevnost omezuje její použití. Sendvičový materiál z pěnového hliníku je složen z materiálu jádra z pěnového hliníku a vysoce{0}}pevnostních panelových materiálů, jako je ocelový plech a hliníkový plech, takže se mohou strukturou a funkcí vzájemně doplňovat. Pěnový hliník používaný v budovách proti výbuchu-je hlavně tento materiál. Existuje mnoho metod přípravy pěnových hliníkových sendvičových materiálů a existují dvě hlavní kategorie: jednou je připojení předem vyrobené -hliníkové pěny k materiálu panelu, jako je lepení a svařování; druhým je připojení materiálu panelu k hliníkové základně. Z pěnového prášku se vytvoří předlisek, poté se zahřeje a napění a po ochlazení se získá sendvičový panel z pěnového hliníku. Kromě těchto dvou typů se zkoumají i některé další metody.

1.1 Způsob připojení

Metoda lepení spočívá ve slepení pěnového hliníku a panelu pomocí lepidla, které patří k metodě fyzického spojení, proces je jednoduchý a přesnost produktu je také vysoká. Proces čištění pěnového hliníku a povrchu panelu před lepením je však komplikovaný a odolnost lepidla vůči vysoké teplotě a korozi je špatná a pevnost spojení je také relativně nízká. Tyto nedostatky omezují vývoj této metody. Ve srovnání s metodou lepení byla pevnost spojení u metody svařování účinně zlepšena. V současné době probíhá více výzkumů o metodě pájení natvrdo a metodě laserového svařování.

Metoda pájení je metoda svařování pěnového hliníkového sendvičového materiálu, která je v současnosti více prozkoumána. Klíč k této metodě spočívá ve výběru pájky a odstranění oxidového filmu na povrchu pěnového hliníku. V důsledku rozdílu potenciálu elektrody mezi pájkou na bázi Sn{0}} a základním materiálem z pěnového hliníku je na pájeném spoji náchylná k elektrochemické korozi a spoj má špatnou tepelnou odolnost a nízkou pevnost. Wang Hui a kol. používala dusíkovou ochranu pro zlepšení pevnosti pájených spojů. Výsledky výzkumu ukazují, že rozhraní netvoří souvislou vrstvu filmu, ale je složeno z kontaktních průsečíků koncových-pórů-žeber. Yu Chongchong a kol. jako pájku byla použita slitina Zn-Al-Cu. Vzhledem k tomu, že pájka má určitou funkci-odstraňování filmu, není nutné při svařování používat tavidlo, což může předejít problémům s korozí způsobeným použitím tavidla; používá se mechanické škrábání. setřete 1 pomazánku; aplikujte ultrazvukové vibrace během svařování, aby pájka tekla a rovnoměrně vyplnila póry; nakonec se získá sendvičový panel, ve kterém jsou metalurgicky spojeny pájka a hliníková deska, pájka a pěnový hliník. Chen Nannan a kol. jako mezivrstvu použila měděnou fólii-hliníkový plech-kompozitní vrstvu měděné fólie, díky čemuž byla pevnost spoje vyšší než u základního kovu, a optimalizovaly se parametry, jako je teplota svařování a doba výdrže. Song Yufeng a spol. použila slitinu na bázi Al-Si{10}} jako pájecí materiál a čistý hliníkový plech jako čelní desku a metodou pájení získala sendvičový panel z pěnového hliníku. Ortogonálním testem byly zkoumány vlivy svařovací teploty, času a procesu žíhání na výkonnost sendvičového panelu. Optimální parametry procesu jsou získány následovně: teplota svařování je 640 stupňů, doba je 15 minut a žíhání pro odlehčení pnutí při 400 stupních je 30 minut; Stabilita sendvičového panelu připraveného způsobem při vysoké teplotě je lepší než u lepivého způsobu.

Laserové svařování je metoda ozařování laserového paprsku o vysoké{0}}intenzitě a vysoké{1}}energii na kovový povrch za účelem jeho roztavení a spojení. Výhodou této metody je, že deformace obrobku po svařování je malá, efektivita výroby je vysoká a lze realizovat kontinuální výrobu. Zhang Di a kol. přidal hliníkovou slitinu 6061 mezi pěnový hliník a panel s porézností 70 procent, roztavil hliníkovou slitinu 6061 teplem laserového paprsku a pronikl do otvorů pěnového hliníku, aby se dosáhlo lepšího svařování a pevnosti v tahu svarový spoj. Je to 2,97 MPa, což se blíží pevnosti pěnového hliníku. Při laserovém svařování je však absorpce laserové energie základním materiálem z hliníkové pěny omezena v důsledku odrazu buněčných stěn pórů v hliníkové pěně a omezení prostoru pórů. Působením vysokoteplotního zdroje tepla se póry uvnitř hliníkové pěny mohou zhroutit endotermickým tavením, čímž se vytvoří široká svarová oblast s hustou strukturou. Laserové svařování je stále v rané fázi zkoumání a k průmyslové výrobě je ještě dlouhá cesta. jít.

1.2 Metoda pěnění

Liang Xiaojun a kol. smíchaný prášek z hliníkové slitiny s pěnícím činidlem TiH2 a poté lisované železo, titanové panely a prášek ve formě, nejprve vyrobeny zpěnitelné předlisky a poté zahřáté na určitou teplotu, aby se TiH2 rozložil na vodík, takže pěněním taveniny vzniknou metalurgicky spojené sendvičové panely . Protože tento způsob vyžaduje lisování ve formě, je velikost hotového výrobku omezená. Zhang Min a kol. umístil prášek hliníkové slitiny smíchaný s pěnotvorným činidlem mezi panely a poté vyrobil předlisek metodou válcování kompozitu, čímž se zabránilo omezení velikosti formy, a poté jej umístil do odporové pece pro ohřev a pěnění. Procesní kroky jsou jednoduché a průběžná výroba je jednodušší. Hlavním problémem metody válcování kompozitu je to, že předlisek je náchylný ke ztrátě prášku během procesu válcování, což má za následek nízkou výtěžnost a nízkou tloušťku a přesnost desky. Aby se zlepšila kvalita předlisku, Song Binna et al. použil k výrobě předlisku metodu válcování obalů a vložil prášek z hliníkové slitiny, který se má napěnit, do hliníkové trubky, utěsnil a sroloval a poté napěnil. Tato metoda řeší problémy se ztrátou prášku a okrajovými trhlinami na okraji předlisku a vytváří sendvičový panel s dobrým spojením rozhraní; Song Binna a spol. studovali vliv redukčního poměru na předlisek a strukturu sendvičového panelu. Výzkum ukazuje, že když je míra redukce 70 procent, povrch předlisku je plochý a úplný, prášek je jednotný a hustý a kvalita konečného sendvičového panelu je také nejlepší. Liu Jia a kol. dále studoval vliv parametrů pěnění na vývojové chování buněk v jádrové vrstvě sendvičového panelu v procesu přípravy válcování pláště. Výše uvedené výzkumy jsou všechny založeny na výzkumu prášku z hliníkové slitiny, zatímco Wang Yaoqi et al. použil hliníkovou desku jako pěnovou matrici a použil metodu kumulativního stohování k přípravě pěnového předlisku. Specifickou metodou je rozprostření pěnotvorného prášku TiH2 rovnoměrně mezi čtyři vrstvy hliníkových desek a poté navrstvení a válcování hliníkových desek při 350 stupních po dobu 2 průchodů, aby se vytvořil předlisek z pěnového hliníku a poté panel z titanové slitiny TC4 nebo 1Cr18Ni9Ti Panely z nerezové oceli jsou naskládány na obě strany předlisku z pěnového hliníku a poté válcovány a laminovány při 450 ℃, aby se získal sendvičový panel, a poté napěněny v odporové peci, aby se získal sendvičový panel z pěnového hliníku.

1.3 Další metody Zhang Taikang et al. jako nerozpustné činidlo tvořící póry byly použity duté kuličky Al2O3 s vysokou pevností a nízkou hustotou, hliníková slitina 6063 jako pěnová hliníková matrice a deska z hliníkové slitiny jako povrchový materiál kompozitní desky, připravené průsakovým litím s reverzní gravitací metoda Sendvičový panel z pěnového hliníku. Výsledky ukazují, že materiál jádra a panel z hliníkové slitiny dosahují dobrého metalurgického spojení.

2. Použití pěnového hliníkového sendvičového panelu v budově odolné proti výbuchu-

Pěnový hliníkový sendvičový panel může absorbovat energii prostřednictvím plastické deformace při výbuchu nebo silném nárazovém zatížení. V porovnání s jednovrstvými deskami má -vyšší kvazi{1}}statickou pevnost a vyšší anti-výbuch. V posledních letech, kvůli nárůstu výbuchů a teroristických útoků, pěnové hliníkové sendvičové panely postupně přitahovaly pozornost akademické obce jako stavební materiál odolný proti výbuchu-. , jeho antidetonační výkon se také stal aktivním bodem výzkumu.

2.1 Aplikační výzkum v-důkazu výbuchu budov

Shi Shaoqing a další se domnívají, že více{0}}vrstvá kompozitní struktura ocelové pěny a hliníku má lepší účinek proti výbuchu- než jednoduchá hliníková pěna a lze ji použít na konstrukci chráněnou proti výbuchu- vojenských budov. Kang Jiangong a kol. použil stejný materiál jádra z pěnového hliníku k porovnání účinků průmyslových panelů z čistého hliníku a panelů z nerezové oceli 304 na odolnost proti výbuchu sendvičových nosníků z pěnového hliníku pomocí numerické simulace. Výsledky ukazují, že sendvičový nosník z pěnového hliníku vyrobený z průmyslových čistých hliníkových panelů má lepší odolnost proti výbuchu- při nárazu výbuchu. Na tomto základě Sui Shunbin et al. zkoumali protivýbuchové vlastnosti sendvičových nosníků z hliníkové pěny vyrobených z ocelových plátů HRB335. Ve srovnání s deskami z čistého hliníku a deskami z nerezové oceli 304 jsou střední -rozpětí a tlakové napětí materiálu jádra tři. nejmenší. Fu Xueran a další studovali{10}}antidetonační vlastnosti tkaniny z uhlíkových vláken a pěnové hliníkové ochranné vrstvy široce používané při ochraně budov. Výsledky ukazují, že protiexplozní-účinek ochranné vrstvy z pěnového hliníku je mnohem vyšší než u tkaniny z uhlíkových vláken a pěnový hliníkový materiál by měl být upřednostněn v provedení{12}}odolném proti výbuchu. Podle anti-výbuchového efektu sendvičového panelu z pěnového hliníku Zhang Dongxin navrhl vyplnit střed vnějšího ocelového plechu pěnovým hliníkem před a za dveřmi, aby se vyrobil nový typ ochranných dveří, a použil ANSYS /LS-DYNA k ověření-nevýbušného účinku ochranných dveří.

Výsledky ukazují, že nový typ ochranných dveří má dobrý útlum rázové vlny a může hrát ochrannou roli.

2.2 Problémy při aplikaci

Sendvičový panel z pěnového hliníku má vynikající-ochranu proti výbuchu, ale stále se méně používá v budovách s ochranou proti výbuchu-. Hlavními důvody jsou následující dva aspekty: Za prvé, současný pěnový hliníkový sendvičový panelový materiál je stále ve fázi výzkumu a neexistuje žádná ekonomičtější metoda průmyslové výroby. Výrobní náklady na hliníkovou pěnu samotnou jsou relativně vysoké a sendvičový panel musí na svém základě zvýšit náklady, což omezuje rozsah použití sendvičového panelu; kromě toho není zcela jasný mechanismus-odolný proti výbuchu sendvičového panelu z pěnového hliníku. Kvantitativní vztah mezi mikrostrukturou materiálu desky a makroskopickou morfologií nebyl stanoven a odezva sendvičové desky při dynamickém zatížení je stále nejasná. Vzhledem k výše uvedeným důvodům má aplikace sendvičových panelů v praxi-provozu budov proti výbuchu před sebou ještě dlouhou cestu.

3. Shrnutí a výhled

(1) Mezi běžné způsoby spojování na bázi výrobků z pěnového hliníku patří lepení a svařování. Metoda lepení má jednoduchý proces, ale má špatnou pevnost spojení a odolnost vůči vysokým teplotám; metoda svařování může realizovat metalurgickou kombinaci pěnového hliníku a panelu a účinně zlepšit pevnost rozhraní a odolnost vůči vysokým teplotám. Mezi nimi je klíčovým problémem metody pájení výběr pájecího materiálu a způsob odstraňování oxidového filmu na povrchu pěnového hliníku. V současné době bylo v této oblasti provedeno mnoho domácích výzkumů. Laserové svařování bylo také studováno ve Francii, ale stále je ve fázi průzkumu.

(2) Způsob napěnění je způsob přípravy, při kterém se panel a pěnový materiál zhotoví do předlisků a poté se podrobí zpracování napěněním; na bázi hliníkové slitiny a prášku pěnotvorného činidla se nazývá metoda válcování kompozitu a poté se provádí pěnění. Na základě metody práškové metalurgie válcování obalování je metoda kumulativního válcování založena na hliníkových deskách; kromě toho někteří vědci používají metodu průsakového lití k přípravě sendvičových panelů. S-hloubkovým studiem různých metod přípravy se objeví metody vhodné pro velko-průmyslovou výrobu.

(3) Sendvičový panel z pěnového hliníku je materiál odolný proti výbuchu budovy-, který lze použít k ochraně klíčových částí, jako jsou nosné sloupy, trámy a dveře v budovách. Vzhledem k vysokým výrobním nákladům na materiály sendvičových panelů z pěnového hliníku a mechanismu odolného proti výbuchu, který je třeba studovat, je současná aplikace sendvičových panelů v budovách s ochranou proti výbuchu- stále ve fázi výzkumu. V budoucnu, s rozvojem technologie přípravy pěnových hliníkových sendvičových panelů a -hloubkovým výzkumem mechanismu proti výbuchu-, bude mít široké vyhlídky v aplikaci výbuchu budov{{ 6}}důkaz.