径向压缩载荷下开孔泡沫陶瓷的力学行为研究

一、成果简介与主要结果

受德国洪堡基金会资助，我学部戴亚洁副教授与德国弗莱贝格工业大学合作开展多孔陶瓷力学损毁相关研究工作。近日，最新研究论文: “Tensile strength and damage of open-cell ceramic foams under cylindrical splitting test”圆柱劈裂条件下开孔泡沫陶瓷的拉伸强度及损毁研究，在《Journal of Advanced Ceramics》期刊发表（IF=16.9）。

泡沫陶瓷过滤器在使用过程中需承受拉-压混合热应力，同时随着工业智能化程度不断提高，机械臂在其运输及安装过程中由环向压应力形成的拉伸应力也会造成结构损伤。为了避免役前及服役中的过早损毁，需研究泡沫陶瓷过滤器这一混合应力下的拉伸损毁机理，而圆柱劈裂试验是实现这一目标可行的测试方法。但与普遍的胞体结构相似，泡沫陶瓷过滤器结构非连续且存在多尺度孔隙，易与加载点形成应力集中，难以获得有效的力链传递。

研究团队结合多孔结构数值模拟及实验优化，建立适用于开孔泡沫陶瓷的圆柱劈裂试验流程，拓宽了这一类结构的拉伸损毁研究方法。同时，基于多尺度结构观察、宏观力学性能表征以及原位断裂过程分析，揭示了多孔泡沫材料的损毁机理，并提出理论分析模型，丰富了多孔陶瓷损毁的力学模型及相关认知（图1）。此外，根据非连续断裂路径及双轴应力分布，对圆柱劈裂载荷下拉伸强度计算公式进行优化，使其更符合这一典型结构特点。相关研究进展获得本领域专家认可，德国弗莱贝格工业大学对其进行了相关报道（图2）。

图1：多孔泡沫陶瓷的结构、断裂行为以及力学分析模型

图2：相关研究进展报道

二、论文信息

该论文第一单位为武汉科技大学，第二单位为弗莱贝格工业大学，相关信息如下：

Dai, Y., Hubálková, J., Voigt, C., Abendroth, M., Liang, X., Yan, W., Li, Y., Aneziris, C. G. (2023). Tensile strength and damage of open-cell ceramic foams under cylindrical splitting test. Journal of Advanced Ceramics. https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220803