A New Generation of Multifunctional Open-Cell Porous Aluminum Structures (MOCA)

يتناول هذا الاقتراح جيلاً جديدًا من هياكل الألمنيوم المسامية متعددة الخلايا المفتوحة (MOCA) ويهدف إلى تحسين بنياتها من خلال استجاباتها الميكانيكية والحرارية في ظل ظروف تحميل مختلفة للعديد من التطبيقات الجذابة مثل العزل الحراري وتقنيات تخزين الهيدروجين ومغاسل الحرارة من أجل الأجهزة الإلكترونية، وتخزين الطاقة الشمسية، والسقالات هندسة الأنسجة التي يسهل اختراقها، لوحات شطيرة الهيكلية خفيفة الوزن، وأجهزة التخميد الاهتزاز، وأنظمة امتصاص الطاقة لصناعة السيارات. سيتم تطوير منهجية تجريبية مبتكرة لوصف الاستجابة التالفة من اللدائن المرنة من هذه المواد في إطار التحميل شبه الثابت المعقدة ذات المحورين. لكثافة معينة، سيتم أولاً تصميم وتصميمات هياكل الألمنيوم المسامية المختلفة (حجم المسام والشكل والمسافة والتوزيع) عبر عنصر الحجم التمثيلي في ظروف التحميل القاسية. يتكون مفهوم الرواية التجريبي للتحميل من توليد تحميل معزز للالتواء على رغوة الألمنيوم مع تعقيدات مختلفة باستخدام منصة خاصة تسمى ACTP. إنه ينتج عدة معدلات للتغيير في المكون الالتوائي الذي تتحكم فيه عدة زوايا ميل للدفع تستخدم لدراسة تأثيرها على استجابة الرغوة (المرونة، اللدونة والأضرار). بالنسبة إلى الهياكل التي يسهل اختراقها، فإن الهدف من اقتراح MOCA سوف يشمل الأبحاث التي تتناول العديد من التحديات التي تقدم وصفًا دقيقًا للتشوهات المرنة والبلاستيكية، فضلاً عن ظواهر الضرر على المستوى المحلي. وينبغي أيضا النظر في تطور سلالة البلاستيك التجريبية والتنبؤ بهياكل المسامية. تحت تعقيد التحميل، يمكن للمرء أن يتوقع أنه كلما زاد تعقيد التحميل ذو المحورين المقدمين من قبل ACTP، زاد الحمل المطلوب. وبالتالي، سيكون من السهل إظهار زيادة في قوة الرغوة لصالح مسار التحميل الأكثر تعقيدًا (على سبيل المثال، محوري 67 درجة) للرغوة المحسنة مقارنةً بالحالة الكلاسيكية أحادية المحور. سيتم تقدير الخواص الحرارية كقضية مهمة بشكل تجريبي في هذا الاقتراح لتركيبات الألمنيوم المسامية المفتوحة الجديدة للخلايا المختلفة. سيتم تطوير علاقة تجريبية للتوصيل الحراري الفعال كوظيفة مسامية.

This study deals with a new generation of multifunctional open-cell porous aluminum (MOCA) structures and aims to optimize their architectures via their mechanical and thermal responses under different loading conditions for numerous attractive applications such as thermal insulation, hydrogen storage technologies, heat sinks for electronic devices, solar energy storage, porous tissue engineering scaffolds, lightweight structural sandwich panels, vibration damping devices, and energy absorbing systems for the automotive industry. An innovative experimental methodology will be developed to characterize the elastoplastic-damaged response of these materials under biaxial complex quasi-static loading. For a given density, different porous aluminum architectures (pore size, shape, spacing and distribution) via the representative volume element will first be designed and characterized under severe loading conditions. The novel experimental loading concept consists of generating a particular combined compression-torsion loading over aluminum foam with different complexities using a special rig, the so-called ACTP. It produces several rates of change in the torsional component controlled by several propeller inclination angles used to study their effect on the foam response (elasticity, plasticity and damage). For the designed porous structures, the goal of the MOCA proposal will involve research that deals with the many challenges providing a precise description of elastic and plastic deformations, as well as damage phenomena at the local level. The experimental plastic strain evolution should also be considered and predicted for the porous structures. Under loading complexity, one can expect that the higher the biaxial loading complexity provided by the ACTP, the greater the required load. Thus, it would be easy to demonstrate an increase in the foam strength in favor of the most complicated loading path (i.e., biaxial 67°) for the optimized foam compared to the classical uniaxial case. The thermal properties as an important issue will also be estimated experimentally in this proposal for the new open-cell porous aluminum of various structures. An empirical correlation for the effective thermal conductivity will be developed as a function of porosity.