(图片来源:UC3M)
自20世纪80年代以(yǐ)来,用3D打印金(jīn)属制造的零部件在各行业得到(dào)广泛利(lì)用。由于制造工艺的(de)原因,这类材料(liào)内部通常都有微小(xiǎo)的孔(约几十(shí)微米),当对(duì)其施加(jiā)载荷时,孔隙会变得更大。为了(le)解这些韧性金属(shǔ)(能够(gòu)吸收能量(liàng))是如何断(duàn)裂的(de),研究(jiū)小组开始分析,当施(shī)加(jiā)载荷时,这些“微孔”发生(shēng)了什么。
主要研究人员之一、UC3M连续介质力学和结构分析系的非线性(xìng)固体力学研究(jiū)团队的(de)Guadalupe Vadillo称:“比如说,大(dà)部分汽(qì)车构件都是由韧性金属制成的,这(zhè)类金属能(néng)够吸收(shōu)碰撞(zhuàng)能量,因此可(kě)以在(zài)发生(shēng)交通(tōng)事(shì)故(gù)时,提高(gāo)车(chē)辆(liàng)安(ān)全(quán)性。对关键(jiàn)工(gōng)业部门来说,了(le)解和(hé)预(yù)测韧(rèn)性金属是如何断裂的,就等(děng)于(yú)是在优(yōu)化抗冲(chōng)击吸收能(néng)量结构的设计。”
此项研究发现(xiàn)了(le)导致(zhì)材(cái)料失效的(de)两(liǎng)种机制(zhì)。首先,微孔出现(xiàn)和(hé)增长,导致(zhì)材(cái)料软化直至断裂;其次,当材料内部的多个微孔相(xiàng)互连接并相互作用,会发生(shēng)聚结,加速断裂。
Guadalupe Vadillo表(biǎo)示(shì):“在这(zhè)项工作中,我们通过(guò)加速或延缓材(cái)料断裂(liè),确定了材料中(zhōng)的微孔或固(gù)有微孔如何增长、收缩和(hé)相互作用,这取决于材料的(de)粘度(施加载荷时的变形速(sù)度)、对材料施加载荷(hé)的速(sù)度(dù)和加载路径(jìng)(方向和其他因素)。”
该项研究(jiū)帮助我们(men)更深入地了解3D打印韧(rèn)性(xìng)金属的行为方(fāng)式,推动不同行业设计和制(zhì)造更坚固的零部件。这些材料可用于注重能量吸收的(de)工艺(yì),例如航空航(háng)天业制造(zào)新型机(jī)身、汽车业使用的各类(lèi)汽车(chē)部件或生物医学业开发植入物。