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Mar 12, 2023

Miglioramento di quasi

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6929 (2023) Citare questo articolo

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I blocchi di schiuma di alluminio a cellule chiuse vengono creati con un volume di 1 pollice3 e sono costituiti da parti di schiuma di alluminio schermate con parte di tubo di alluminio e in alcuni tipi rinforzate con tubi interni di alluminio. I blocchi sono stati realizzati per superare alcuni problemi esistenti nella schiuma metallica utilizzata per proteggere alcune parti di applicazioni dagli urti come parte sacrificale. La schiuma metallica ha tre categorie principali: pannelli sandwich, tubi pieni e fogli ondulati. Test di compressione quasi statica sono stati applicati su 12 blocchi di forme diverse e confrontati con blocchi di schiuma di alluminio puro come riferimento. I risultati mostrano il miglioramento delle proprietà meccaniche dei blocchi come resistenza allo snervamento (SY), resistenza alla frantumazione (Sc) e resistenza alla densificazione (Sd), compressione alla deformazione del 70%, nonché energia assorbita (area di compressione sotto la curva). Il valore più alto per la resistenza allo snervamento (5,87 MPa) è stato registrato per il blocco cubico delle falangi delle dita (FP—0,1 Sq.). Mentre il valore più alto per la resistenza alla densificazione (21,7 MPa) è stato registrato per il blocco cilindri del dorso (SV8—0,17 C25). Dai risultati registrati per i campioni risulta che il valore più alto per la densità di dissipazione di energia (Edd) è 40,52 J/in3 (aumento del 91%) e la resistenza allo schiacciamento (8,61 MPa) è stata registrata per il blocco cilindri Finger Phalanx (FP—0,17 C25). Il valore più basso per Edd è 14,16 J/in3 (meno del 33% rispetto al valore del blocco in schiuma di alluminio puro), SY = 0,42 MPa, Sc = 3,21 MPa e Sd = 4,46 MPa, registrato per il blocco cilindri del condotto uditivo a parete sottile (EC8— 0,075 C26,5). Le migliori proprietà meccaniche sono state ottenute per il blocco cilindri della falange Finger (FP—0,17 C25) e il blocco cilindri della colonna vertebrale (SV8—0,17 C25).

La schiuma di alluminio (Al) è stata fabbricata a metà del secolo scorso. È stato utilizzato in molte applicazioni come supportare alcune parti di automobili e container per assorbire gli urti e migliorare l'isolamento del suono e del calore. La schiuma di alluminio a cellule chiuse (ACCF) è considerata un materiale di consumo nelle applicazioni in cui funziona come parte sacrificale che assorbe energia per proteggere parti o macchine da forti impatti. Nonostante ne esistano diverse forme, come pannelli sandwich, tubi riempiti e lamiere ondulate utilizzate nelle applicazioni industriali, deve ancora affrontare alcune sfide come gli alti costi di produzione e l'alto costo di fusione di parti o tubi di riempimento, dopo gli impatti parti o lamiere difettose vengono sostituito con uno nuovo come al solito, se possibile, dove non può essere riparato, il che comporta costi elevati di manutenzione (ad esempio, le parti in schiuma di alluminio quando esposte a sollecitazioni di flessione da impatto si deformeranno e dovranno essere sostituite completamente). La schiuma di alluminio è stata utilizzata in molte applicazioni, dalle pareti e tetti di edifici leggeri (ad esempio, sandwich di alluminio in acciaio (SAS) e pannelli sandwich in schiuma di alluminio (AFS)) alla resistenza agli urti nelle automobili.

La Figura 1 mostra alcune applicazioni per le parti in schiuma di alluminio utilizzate nella schermatura dei telai delle automobili dagli impatti, inoltre i treni utilizzavano la schiuma nelle zone di deformazione dove è leggera e ha la capacità di assorbire energia elevata durante l'impatto. Le applicazioni più importanti della schiuma metallica sono i crash box che proteggono il paraurti anteriore delle auto. Il tipo più comune è un contenitore cilindrico o poligonale riempito di schiuma come appare nella Fig. 1e. Molte forme e modelli sono stati realizzati per questa scatola con tecniche diverse come l'aggiunta di due parti di schiuma con celle di dimensioni diverse dove la schiuma con impatto sul viso di grandi dimensioni e poi quella con dimensioni inferiori (Fig. 1f) per migliorare l'assorbimento di energia attraverso lo shock graduale assorbimento. La sfida ancora esistente è rappresentata dal costo di manutenzione delle parti interessate, oltre al costo elevato di realizzazione di questo scudo con dimensioni limitate e controllate.

Alcune applicazioni utilizzate della schiuma di alluminio (a) Parti schermate con schiuma nel settore automobilistico1, (b) Schermatura del telaio dell'auto con schiuma, (c) Zona di sgretolamento schermata con schiuma nei treni, (d) Crash box del paraurti anteriore dell'auto2, (e) Cilindrico e crash box poligonali, e (f) Crash box con due parti in schiuma con celle di dimensioni diverse3.