Caracterização dinâmica de espumas de Alumínio

Abstract

As espumas metálicas são materiais ultraleves que possuem propriedades mecânicas únicas tais como elevada rigidez específica e elevado grau de absorção de energia de impacto. O objetivo deste trabalho visa estudar o comportamento de espumas de alumínio quando solicitadas dinamicamente e analisar o comportamento de estruturas tubulares com enchimento de espuma de células abertas do tipo uniforme e dual-size. Pretende-se verificar o comportamento face à variação da densidade relativa e tipo de estrutura celular. De forma a fazer uma introdução às espumas metálicas, é realizado um enquadramento destes materiais, com uma breve apresentação dos processos de fabrico, os vários tipos de estrutura (células abertas ou fechadas, espumas de célula uniforme e dual-size e painéis sanduíche), características mecânicas e físicas, aplicações, bem como algumas técnicas de caracterização dinâmica, com maior ênfase no sistema de barras de Hopkinson, o qual foi utilizado para a realização da componente experimental desta dissertação. Nesta tese também é descrito todo o equipamento experimental que foi utilizado para ensaiar os provetes de espuma de alumínio, bem como os vários passos tomados para realizar a sua caracterização. Os resultados revelam que as espumas de alumínio com geometria celular dual-size têm maior capacidade de absorção de energia que a geometria celular uniforme. Foi verificado que a densidade relativa influencia o comportamento das espumas de alumínio. Por fim, constatou-se que as espumas produzidas em liga de Alumínio Al6000 tem maior ductilidade e repetibilidade nos ensaios executados que a liga AlSi12.

Metallic foams are considered ultra-light materials that possess unique mechanical properties such as high specific rigidity and high impact energy absorption, stable deformation modes as well good capacity to adapt the loading conditions during deformation. The objective of this work is to study the behavior of metallic foams dynamically solicited and analyze the performance of tubular structures with and without foam-filling of uniform and dual-size foam type, in which the density is changed and tested. So, in the first part it is made a brief presentation of these materials, the manufacturing processes, several types of cellular structures (open and close cells, uniform and dual-size foams and sandwich panels), different mechanical properties, applications, some dynamic characterization techniques, with special regard to the Split Hopkinson Pressure Bar test, which was used in the experimental part of this study. In this work it is also described the apparatus used for testing the foam samples (SHPB system and data treatment software), as well the several steps that were made to make the characterization. The experimental results reveal that aluminium foams with dual-size cellular geometry have better impact energy absorption ability that the uniform-size cellular geometry. It was verified that relative density has influence in the behavior of aluminium foams. For last, it was observed that the foams produced with Al6000 aluminium alloy has better ductility and testing repeatability that the AlSi12 aluminium alloy.