Pengantar

Sifat baja struktural telah banyak invarian untuk

lebih dari 100 tahun. Mengubah modulus elastisitas telah terbukti

hampir mustahil, dan bahkan menghasilkan stres, yang telah melihat peningkatan

dalam beberapa tahun terakhir tidak berubah sebanyak umumnya dianggap -

yang Eads Bridge di St Louis, Missouri dirancang dan diproduksi

dengan 345 MPa (50 ksi) menghasilkan baja stres di 1874. kemajuan teknik sipil

dan pengembangan baru, kinerja yang lebih tinggi struktural

bentuk dan komponen sangat terkait dengan pengenalan baru

bahan. Pengenalan besi, baja, diperkuat dan pratekan

beton setiap insinyur diperbolehkan untuk mencapai ekstrem baru dalam rentang

dan tinggi, dan untuk mengurangi biaya. Banyak kemajuan material

akhir abad ke-21 ke-20 dan awal belum, bagaimanapun, disebarkan

untuk teknik sipil.

Bahan busa logam menyajikan kesempatan unik untuk diadopsi di

aplikasi teknik sipil. Logam dasar (aluminium, baja, dll)

dipahami dengan baik dan dalam banyak kasus mudah dimodelkan dengan tinggi

tingkat akurasi. Berbusa logam, yaitu memperkenalkan void di

mikro, mengurangi kepadatan (ρ) dan meningkatkan jelas

ketebalan. Jika dirancang dengan hati-hati, komponen berbusa yang dihasilkan dapat

memiliki plat lentur kekakuan yang lebih tinggi (αEt3) dan berat kurang dari padat

baja. Selain itu, komponen yang dihasilkan umumnya telah menjadi sangat meningkat

kemampuan energi disipasi dan meningkatkan getaran, termal,

dan sifat akustik. Seorang insinyur baja bekerja dengan baja

busa memiliki gelar baru kebebasan: kepadatan (ρ). Desain ruang berpotensi

ditutupi oleh aplikasi baja dapat tumbuh sangat dengan kerapatan

sebagai variabel. Aplikasi mungkin pada awalnya menjadi sangat khusus, tapi

volume produksi meningkat material, dan biaya berkurang, luas

adopsi busa baja menjadi mungkin.

Aplikasi teknik sipil skala penuh untuk busa baja belum

dibuktikan, sehingga Bagian 2 menggambarkan aplikasi dari baja dan aluminium

busa di mekanik, otomotif, dan domain kedirgantaraan

yang memiliki analog yang jelas dalam teknik sipil. Bagian 3 mencakup paling

pekerjaan yang signifikan sampai saat ini, yang telah difokuskan pada pengembangan

manufaktur

proses untuk busa baja. Ketersediaan komersial aluminumfoam

dengan biaya murah mendukung industrialisasi potensi busa baja

manufaktur. Dalam Bagian 4, diterbitkan pengukuran material

sifat (struktural dan non-struktural) busa baja agregat

untuk menunjukkan bahwa berbagai sifat dicapai besar dan diinginkan.

Bagian 4 juga menjajaki model yang digunakan untuk menghubungkan mikro bahan

untuk themacroscopic sifat material dan dasar-dasar busa baja

plastisitas pemodelan, diperlukan untuk model analisis runtuhnya lanjut

anggota dan struktur dengan komponen busa baja. Akhirnya, penelitian

kebutuhan diidentifikasi dalam Bagian 5 dan kertas berakhir, dengan kesimpulan,

dalam Bagian 6

2. Potensi aplikasi dalam teknik sipil

Kemampuan untuk busa baja memberi potensi keuntungan ( struktural

dan non - struktural ) lebih baja padat yang telah digunakan dalam yang ada

aplikasi desain :

Keuntungan struktural keuntungan Non - struktural

• Minimalkan berat • Penurunan konduktivitas termal

• Maksimalkan kekakuan ( terutama

lentur )

• Meningkatkan kinerja akustik

• Meningkatkan energi disipasi • Memberikan transportasi udara / cairan dalam

bahan

• Meningkatkan redaman mekanik • elektromagnetik dan radiasi perisai

Dibandingkan dengan busa aluminium, misalnya, aplikasi busa baja

berada pada tahap awal mereka. Sementara keuntungan yang mendasar

untuk menggunakan baja bukan aluminium sebagai logam dasar yang jelas (misalnya,

E awal yang lebih tinggi dan Fy) manufaktur telah lebih menantang.

Namun demikian, bar busa baja, batang, roti piring inti busa, dan

tabung busa diisi telah dibuat dan diuji pada skala laboratorium

(urutan 300 mm dan 50 mm diameter) [1]. The dasar

karya [1] memberikan bukti-of-konsep untuk pembuatan baja

komponen busa mirip dengan yang digunakan dalam busa aluminium yang ada

aplikasi. Ada aplikasi busa aluminium telah diringkas

menurut bagaimana keuntungan dari berbusa telah dilaksanakan

dalam aplikasi desain, dengan struktur / mekanik

keuntungan rinci pada Tabel 1, dan keuntungan nonstruktural di

Tabel 2.

2.1. Aplikasi struktural untuk busa logam

Contoh aplikasi struktural untuk busa logam, manfaat memanfaatkan

berat, kekakuan, disipasi energi, redaman mekanik, dan

frekuensi getaran dirangkum dalam Tabel 1. Aplikasi yang ada

sebagian besar di mekanik, ruang angkasa, dan domain otomotif.

Untuk setiap aplikasi, oleh karena itu, dampak potensial pada teknik sipil

juga dirinci dalam Tabel 1.

Busa baja menunjukkan rasio yang sangat baik kekakuan-ke-berat ketika dimuat

di lentur [7]. Secara khusus, panel busa memiliki kekakuan lentur tinggi

dari lembar baja padat dari berat yang sama [2]. Oleh karena itu,

Mayoritas aplikasi struktural yang ada berusaha untuk meminimalkan baik

Berat diberikan kendala kekakuan, atau memaksimalkan kekakuan diberi bobot

kendala (lihat Tabel 1). Sebagai contoh, diproduksi 16 mm Sandwich

panel (1 mm baja menghadapi dengan 14 mm inti busa logam) memiliki sebanding

kekakuan lentur untuk pelat baja padat 10 mm tebal, tapi pada

hanya 35% dari berat [4]. Selanjutnya, parkir lantai garasi slab memanfaatkan

steel mesh logam diperkuat lantai busa lembaran diusulkan dan

tes beban skala penuh dilakukan [3] (lihat Tabel 1). Desain memenuhi standar

kekuatan dan servis persyaratan, termasuk defleksi

dan kekuatan bawah beban lokal, dan penggunaan busa logam

panel sandwich mengurangi berat lantai dengan 75% dibandingkan

untuk tradisional deck beton bertulang.

Meminimalkan berat dapat memiliki manfaat mengejutkan. Tubuh kaku

dinamika lengan derek menyatakan bahwa massa kontrol lengan

lift maksimal. Sebuah lengan derek dengan kekakuan yang sama tetapi berat badan kurang

dapat mengangkat lebih dengan ballast yang sama. Dengan prinsip dasar ini dalam pikiran

logam lengan busa mengangkat, berat 50% lebih sedikit daripada rekan baja padat

diciptakan [2]. Crane yang di produksi (60-100 unit per tahun)

dan berhasil menjalani uji lelah siklus tinggi; sehingga menunjukkan

bahwa balok berat dimuat di bawah kelelahan pembebanan yang mungkin

dengan busa logam. Contoh mekanik yang diberikan di

Tabel 1 meliputi perbaikan peralatan fabrikasi [4] dan

kerucut roket prototipe [2] yang mengeksplorasi manfaat struktural

meningkatkan redaman mekanik, dan tuning frekuensi getaran

komponen.

Dalam kompresi busa baja menampilkan kurva tegangan-regangan mirip dengan

bahwa dari Gambar. 1, yang menampilkan elastis, daerah dataran tinggi di mana

void mulai deformasi plastik, dan daerah di mana densifikasi

dinding sel bersentuhan dengan satu sama lain dan ketahanan tekan

cepat meningkat. Potensi disipasi energi yang signifikan

kompresi adalah target untuk banyak aplikasi yang ada. Disipasi energi

melalui deformasi tekan besar pada rendah, tingkat stres yang konstan

telah digunakan dalam industri otomotif untuk perlindungan kecelakaan [5]. The

stres hasil busa dirancang sedemikian rupa sehingga tidak substansial

menunjukkan potensi untuk busa baja dalam aplikasi sipil, tapi jauh

pekerjaan tetap untuk keunggulan ini diwujudkan dalam praktek .

2.2 . Aplikasi non- struktural untuk busa logam

Contoh non- struktural aplikasi untuk busa logam , memanfaatkan

manfaat dalam konduktivitas termal , retardance api , akustik , udara dan

transportasi fluida , dan / atau melindungi diringkas dalam Tabel 2. yang ada

aplikasi sebagian besar dalam domain teknik mesin ; Oleh karena itu ,

untuk setiap aplikasi potensi pentingnya teknik sipil

juga dibahas pada Tabel 2. Potensi multifungsi

komponen busa baja ( misalnya , panel dinding dan / atau atap yang memiliki superior

energi struktural dan kinerja ) jelas , seperti fakta bahwa

masih banyak pekerjaan .

3. Baja proses manufaktur busa

Sementara bagian sebelumnya telah memperkenalkan kelas teknik sipil

aplikasi di mana baja busa dapat diharapkan untuk memiliki potensi

dampak, kebaruan busa baja sebagai bahan rekayasa ,

dan tidak biasa , sangat berpori , pengetahuan mikro make dari

proses manufaktur penting . Penelitian yang signifikan telah

dilakukan mengenai metode manufaktur yang optimal untuk busa

terbuat dari logam , seperti aluminium , titanium dan tembaga , tetapi baja

menyajikan tantangan yang tidak biasa , termasuk titik lebur tinggi baja ,

yang membutuhkan teknologi baru .

Metode terbaru dari pembuatan busa baja dapat membuat opencelled

(void permeabel) atau sel tertutup (void disegel) busa dengan

berbagai keteraturan, isotropi, dan kepadatan. Metode diterbitkan untuk memproduksi

busa baja dirangkum dalam Tabel 3. Tiga manufaktur

metode yang ditekankan di sini: bubuk metalurgi (Bagian 3.1) karena

itu telah berhasil digunakan untuk membuat skala struktural

prototipe busa baja di [1], bola berongga (Bagian 3.2) karena

metode ini adalah dalam produksi komersial aktif, dan Lotus-jenis

(Bagian 3.3) karena metode ini memiliki potensi tinggi untuk terus menerus

proses yang diperlukan untuk produksi busa baja murah casting.

3.1. Metalurgi serbuk

Awalnya dikembangkan untuk busa aluminium, metalurgi bubuk

Metode itu salah satu metode pertama yang akan diterapkan untuk busa dan baja

masih salah satu dari dua paling populer [1]. Ini menghasilkan terutama closedcell

busa dan mampu mengembangkan morfologi sel yang sangat anisotropik.

Kepadatan relatif mungkin dengan metode ini adalah

termasuk yang tertinggi, hingga 0.65, membuatnya menjadi kandidat kuat untuk struktur

aplikasi teknik yang menuntut bahwa busa mempertahankan

porsi yang relatif tinggi kekuatan bahan dasar. Bubuk

Metode metalurgi melibatkan menggabungkan serbuk logam [17] dengan

foaming agent [17-20], pemadatan campuran yang dihasilkan, dan kemudian

sintering kosong dipadatkan pada tekanan 900-1000 MPa [17].

Logam ini dibawa ke titik leleh dan ditahan di sana untuk jangka waktu

waktu tergantung pada agen berbusa dan morfologi sel yang diinginkan,

biasanya sekitar 15 menit [17]. Produk akhir juga dapat dipanaskan

untuk mengoptimalkan struktur kristal logam dasar. Sebuah variasi, yang dikenal

sebagai metode pemegang ruang bubuk, melibatkan menggunakan bahan pengisi sederhana

bukan agen berbusa dan memungkinkan untuk porositas bergradasi

seluruh bahan [21].

3.2 . bola berongga

Memberikan sifat mekanik yang sangat diprediksi dan membutuhkan

hanya perlakuan panas minimal, metode bola berongga adalah yang kedua

dari dua teknik yang paling populer saat ini untuk manufaktur

busa baja [ 22 ] . Tergantung pada lingkup geometri tertutup - sel atau campuran

terbuka- dan morfologi sel tertutup yang mungkin, dengan kepadatan relatif

dari sekitar 4 % sampai 20 % mungkin. Metode ini menghasilkan sangat diprediksi

sifat material seperti sel (void ) ukuran ketat dikendalikan

[ 23 ] . Proses bola berongga melibatkan taking pra - diproduksi berongga

bidang logam dan mengkonsolidasikan mereka menggunakan matriks perekat,

casting di matriks logam [ 24 ] , pemadatan melalui bubuk

teknik metalurgi [ 25 ] , atau sintering bola [ 26 ] . satu khusus

Gambar . 1. Khas kurva tegangan-regangan untuk busa logam dalam kompresi . variasi

melibatkan manufaktur bola dengan agen bertiup di dalam dan kemudian memungkinkan

bola untuk memperluas dan sinter ke

bentuk yang dihasilkan [ 27 ] .

3.3. Lotus-jenis

Metode pembuatan teratai-jenis, juga dikenal sebagai gasar yang

metode, mampu menghasilkan busa kepadatan tinggi, mulai dari

sekitar 35% sampai 100% kepadatan relatif dengan sangat anisotropik, closedcell

morfologi. Teratai-jenis metode fitur keuntungan besar

bahwa itu mudah disesuaikan dengan proses pengecoran kontinyu [28].

Metode ini juga memungkinkan untuk kekuatan tarik tinggi dan daktilitas-up

190 MPa pada lebih dari 30% regangan untuk busa dari 50% kepadatan relatif.

Busa baja Lotus-jenis mengambil keuntungan dari fakta bahwa banyak gas

lebih larut dalam logam sementara mereka berada dalam keadaan cair mereka daripada

ketika mereka berada dalam keadaan padat mereka. Dalam kasus baja, baik

hidrogen atau campuran hidrogen-helium cair menyebar ke

baja [29]. Sebagai mengeras baja, gas meninggalkan solusi, menciptakan

pori-pori dalam tubuh baja padat. Dua metode yang sama performing

Proses ini terus dikembangkan: zonemelting terus menerus

dan pengecoran kontinyu [28]. Dalam leleh zona terus menerus, satu segmen

dari batang logam dasar dilebur dalam kehadiran

gas difusi, dan kemudian diizinkan untuk memantapkan kembali tak lama kemudian. Dalam

kontinyu

casting, logam dasar yang terus meleleh di sebuah wadah di hadapan

gas, dan kemudian perlahan-lahan dikeringkan dan dipadatkan [28].

3.4. Metode lain

Seperti Tabel 3 menunjukkan berbagai metode lain ada untuk foammanufacture baja.

Misalnya, keramik [30,31] atau polimer [32] prekursor mungkin

digunakan untuk menetapkan void. Busa baja akhir akan mengambil morfologi yang sama

sebagai bahan prekursor dan kepadatan relatif

mulai dari 4% sampai 23%, tergantung sebagian besar pada prekursor, telah

terealisasi. Reaksi Slip busa sintering, metode khusus untuk

busa berbasis besi, juga telah berhasil digunakan dalam pembuatan

dan menghasilkan busa dari kepadatan sedang, mulai dari sekitar

12% menjadi 41% [2,33].

Ada beberapa metode lebih lanjut dari pembuatan busa baja

yang telah menjadi subyek penyelidikan setidaknya awal oleh

ilmuwan material, termasuk cetak injeksi [34] bimaterial

batang [35], dan busa berserat termasuk core truss, dan serat sintered.

Core truss melibatkan memutar atau las serat tipis ke mesoscale

gulungan dari berbagai bentuk [36] sementara serat sintering melibatkan

meletakkan serat dan sintering mereka bersama-sama [37]. Berserat ini

busa memiliki kekuatan yang rendah, tetapi dapat bekerja secara produktif sebagai bahan inti

di panel sandwich.

4. sifat makroskopik

Untuk insinyur, proses manufaktur bahan pada dasarnya

terkait dengan sifat material yang dicapai dengan yang

proses manufaktur. Untuk proses manufaktur dijelaskan

dalam Bagian 3 tes terbatas dari sifat mekanik yang dihasilkan tersebut

busa baja telah dilakukan dan diringkas dalam Tabel 4.

luasnya hasil yang tersedia sangat bervariasi antara manufaktur

metode. Bubuk metalurgi dan bola berongga busa memiliki jauh

hasil yang paling dalam literatur yang diterbitkan. Manufaktur lainnya

metode biasanya terbatas hanya sebuah kelompok riset tunggal.

4.1. Eksperimen diukur sifat struktural

Sifat struktural eksperimen diukur dirangkum dalam

Tabel 4. Hal ini secara implisit diasumsikan seluruh literatur yang busa

dari dasar diberikan materi dan kepadatan relatif akan berperilaku sama

[38]; Namun, seperti Tabel 4 menyoroti sifat material bergantung

pada metode manufaktur [39], ukuran sel dan morfologi

[40], dan ukuran sampel diuji [41]. Misalnya, teratai-jenis baja

busa memiliki void anisotropic, sehingga tarik dan tekan

kekuatan yang bervariasi sebanyak dua faktor tergantung pada arah

[18,42].

Yang paling umum sifat mekanik yang diukur adalah tekan yang

menghasilkan kekuatan atau kekuatan dataran tinggi (Gbr. 1). Kekuatan dataran tinggi adalah

biasanya sekitar 5% lebih tinggi dari kekuatan luluh diukur [38]. Sebagai

ditunjukkan pada Tabel 4, kekuatan luluh tekan busa baja bervariasi

dari sekitar 1 MPa untuk busa yang sangat berpori (b5 kepadatan%) ke

300 MPa untuk sampel padat. Pada kepadatan sekitar 50%, tekan busa baja

kekuatan bervariasi dari 100 MPa untuk sampel yang khas untuk ke atas

300 MPa untuk sampel yang sangat anisotropik atau khusus panas-diobati.

Kekuatan luluh tekan (σc) dinormalisasi oleh tekan baja padat

yield (σc, s) diplot terhadap modulus elastisitas (Ec) dinormalisasi

oleh baja padat modulus elastisitas (Ec, s) pada Gambar. 2, dan menunjukkan bahwa

berbagai kekakuan untuk rasio kekuatan telah dicapai dengan

busa baja, lagi menggambarkan materi besar ruang yang tersedia pilihan

untuk desainer.

Sifat mekanik lainnya: modulus elastisitas, rasio Poisson, ultimate

kekuatan tarik, densifikasi regangan, dan penyerapan energi

telah jarang dipublikasikan. Diukur nilai modulus elastisitas dilaporkan pada Tabel 4 dan

bervariasi dari 200 sampai 12.000 MPa, tapi

nilai yang terukur untuk lotus-jenis busa dan busa baja lainnya diharapkan

memiliki modulus tinggi tidak tersedia. Rasio Poisson untuk busa baja

umumnya diasumsikan nilai logam dasar elastis 0,3; Namun,

untuk baja bola berongga busa percobaan laporan berkisar dari

0 (atau bahkan sedikit negatif) untuk 0,4 [43] dan 0,09-0,2 [37] tergantung

pada metode kepadatan dan manufaktur.

Evaluasi penyerapan densifikasi regangan dan energi adalah mungkin

di sebagian besar percobaan, tetapi sedikit nilai-nilai yang diterbitkan. Densifikasi

biasanya terjadi pada 55-70% saring dan diukur penyerapan energi hingga 50% regangan,

berkisar dari 40 MJ / m3 sampai 100 MJ / m3, untuk kepadatan dekat 50%

[19,20,22]. Dalam tes ketegangan beberapa yang dilakukan kekuatan tarik berkisar

dari 1 MPa untuk low-density busa bola berongga sinter, sampai dengan dan

lebih dari 300 MPa untuk anisotropic lotus-jenis busa sejajar dengan pori-pori

Orientasi [20,23].

4.2. Prosedur pengujian

Baja eksperimental diukur sifat foammaterial menunjukkan signifikan

metode acrossmanufacturing variabilitas, kelompok penelitian, dan

bahkan dalam spesimen nominal identik [43]. Bias dalam data yang ada

karena kuat jenis korelasi betweenmanufacturing dan penelitian

kelompok, misalnya hanya dua tim peneliti bekerja pada teratai-jenis

manufaktur [47,48]. Variabilitas juga karena kurangnya standarisasi

dalam pengujian. Ilmu bahan penelitian terfokus to date tidak

menekankan, atau dalam banyak kasus menjelaskan, rincian pengujian yang dilakukan.

Selanjutnya, seperti Tabel 6 merangkum metode pengujian standar tidak

belum tersedia.

Baru-baru ini, telah ada beberapa upaya untuk memulai standarisasi pengujian

busa logam. [49] standar Jepang dan Jerman untuk kompresi

pengujian logam busa telah diterima, dan International

Standar Organization (ISO) baru-baru ini menggabungkan dua standar tersebut

menjadi standar internasional sendiri untuk pengujian kompresi logam

busa (ISO / DIS 13314, masih dalam rancangan negara sebagai tulisan ini). Namun,

tidak ada standar yang saat ini ada untuk tarik, geser, siklik, atau

uji mekanis lainnya pada busa logam. Ada analog di pengujian

plastik seluler dan keramik, seperti yang tercantum pada Tabel 6, atau dalam pengujian

tertentu

prosedur untuk logam padat, tetapi prosedur pengujian busa logam harus

akan dirancang oleh analogi dengan standar ini.

4.3. Model homogen untuk penentuan properti

Model yang paling banyak diterima pertama dan masih untuk mewakili

mekanisme busa logam yang dikembangkan oleh Gibson dan

Ashby [38,62] seperti yang dirangkum dalam Tabel 8. ekspresi berasumsi

bahwa variabel dependen utama untuk semua mekanik busa adalah relatif

density busa, semua efek lain disamakan menjadi perkalian

koefisien dengan rentang umum yang disediakan pada Tabel 8. Pemilihan

koefisien yang sesuai harus dilakukan dengan hati-hati dan mengakibatkan yang

ekspresi hanya berlaku untuk berbagai kecil kepadatan relatif dan tergantung morfologi /

manufaktur. Konvergensi ke padat

nilai baja pada kepadatan relatif tinggi tidak intrinsik untuk ekspresi.

Perbandingan ekspresi Tabel 8 dengan tersedia eksperimental

Data untuk stres yield tekan dan modulus Young disediakan

pada Gambar. 3. Dasar tren ditangkap dengan benar oleh ekspresi,

tetapi kesepakatan yang tepat miskin. Data luar "batas-batas" dari Gibson

dan ekspresi Ashby termasuk busa baja dengan anisotropi yang tidak biasa,

perawatan panas khusus, dan bola berongga biasa berdinding tipis.

Gibson dan Ashby ekspresi mewakili awal yang memadai

titik, tapi model lain memerlukan investigasi.

Peneliti eksperimental juga telah mengembangkan aplikasi khusus

versi Gibson dan Ashby ekspresi [38,63-65]. Perbandingan

ekspresi ini dengan orang-orang dari Gibson dan Ashby menunjukkan

bahwa meskipun semua menghasilkan solusi yang berbeda, mereka tetap dalam

batas mapan Gibson dan Ashby.

4.4. Model komputasi

Pemodelan eksplisit dari mikro busa baja telah selesai

oleh berbagai peneliti seperti yang dirangkum dalam Tabel 7. Sementara

hampir semua penelitian meliputi plastisitas dalam simulasi, hanya 5 termasuk

kontak, dan tidak ada fraktur includematerial; menyiratkan simulasi yang

strain densifikasi dan daktilitas tarik adalah terbelakang

daerah penyelidikan. Sejumlah fitur mikrostruktur yang hadir di

diproduksi busa, tapi belum dimodelkan: pengerasan regangan

dalam logam dasar, kehadiran tekanan di void internal, dan void

terbuat dari kaca atau bahan lainnya.

Model konstitutif kontinum dari busa logam juga telah

dikembangkan [66,67], ditingkatkan dan divalidasi untuk busa aluminium

[68,69], dan tersedia dalam perangkat lunak elemen hingga komersial

seperti LS-DYNA dan ABAQUS. Fitur utama dari model yang dikembangkan

adalah ketergantungan tekanan dalam rezim plastik, nonlinear pengerasan regangan,

dan fraktur tarik. Kalibrasi dan validasi untuk busa baja

belum selesai untuk model ini.

4.5. Eksperimen diukur sifat non-struktural

Ringkasan dasar diuji sifat termal, akustik, dan permeabilitas

disediakan pada Tabel 5. sifat Non-struktural secara langsung terkait

dengan parameter selain kepadatan relatif: cellmorphology untuk

permeabilitas [44], ukuran sel untuk penyerapan akustik [45], dan dinding sel

ketebalan untuk konduktivitas termal [46]. Namun demikian, prediksi utama

parameter masih diasumsikan kepadatan relatif, dan Tabel 5 adalah

dikategorikan berdasarkan pada kepadatan relatif di mana non-struktural

5. kebutuhan Penelitian

Penelitian yang ada menunjukkan kelayakan busa baja dan menyediakan

wawasan tentang potensi yang besar dari materi. Namun,

kesenjangan penting ada di pekerjaan saat ini, kesenjangan yang menghambat untuk

peningkatan adopsi dan permintaan untuk busa baja.

Eksplorasi eksperimental, analitis, dan komputasi dari

rezim tinggi busa kepadatan relatif, rezim yang memberikan peningkatan

sifat struktural dan non-struktural dengan pengurangan sedikitnya

dalam kekuatan yang efektif dan modulus diperlukan. Sejumlah

busa baja sifat mekanik belum melihat studi yang cukup, termasuk

Tanggapan tarik dan kelelahan siklus rendah, yang telah melihat sedikit

tidak ada studi, dan densifikasi ketegangan stres utama, dan

Rasio Poisson yang telah melihat studi terbatas tetapi tidak dengan cara

kondusif untuk generalisasi, maupun dalam detail yang cukup. Pengujian bahan

standar yang diperlukan untuk memfasilitasi berbagi data dan bergerak

industri menuju tujuan bersama, dan kinerja yang lebih jelas.

Bengkel busa baja, baik oleh pengencang mekanik

dan pengelasan, memerlukan penelitian lebih lanjut. Mikrostruktur komputasi

Model menunjukkan janji besar untuk tidak hanya lebih baik memahami

perilaku, tetapi juga untuk memperluas hasil eksperimen untuk homogenisasi

dan kalibrasi model kontinum plastisitas. Mikrostruktur

model menggabungkan ketidakpastian, lebih realistis batal

struktur, kontak, dan fraktur diperlukan. Kalibrasi kontinum

model plastisitas untuk busa baja manufacturable diperlukan.

Proyek percontohan berbasis model yang mengukur manfaat

busa baja di spesifik skenario desain teknik sipil diperlukan.

ada dasarnya , calon demonstrasi untuk masing-masing struktur

dan keuntungan non- struktural : dari berat badan dan kekakuan untuk termal

dan kebutuhan akustik akan selesai . Calon yang sangat baik termasuk

peningkatan penyerapan energi melalui mitigasi tekuk di

anggota, ringan multi-fungsional ( kekakuan , energi, termal ,

akustik ) dinding dan lantai panel , sekering disipasi energi untuk seismik

desain , getaran disetel girder untuk rel kecepatan tinggi , dan aplikasi lainnya .

Fisik , struktural model skala demonstrasi baja

busa yang diperlukan, seperti contoh metode bengkel tukang kayu : pengelasan ,

perbautan , dll Selain skala laboratorium bar dan piring , struktur

anggota skala , dinding , dan lantai harus diproduksi , diuji , dan

digunakan dalam aplikasi teknik sipil yang sebenarnya . bersamaan dengan

Model upaya ini standar yang diperlukan untuk busa baja sehingga

materi dapat diadopsi dan digunakan dalam desain teknik sipil .

6. Kesimpulan

Aplikasi yang ada dari logam busa menunjukkan bahwa anggota, panel,

dan kerang semua dapat diproduksi dan digunakan dalam aplikasi teknik sipil.

Contoh panel (balkon, garasi parkir slab) dan anggota

(derek lengan) menunjukkan bahwa saudara / tuntutan struktural yang khas,

termasuk kekuatan, servis, dan kelelahan, dapat dipenuhi oleh logam

busa; dan tuntutan ini dapat dipenuhi sementara juga meminimalkan berat badan,

dan berpotensi meningkatkan penyerapan energi, serta sejumlah nonstruktural

properti.

Pembuatan busa baja kini matang dalam pengaturan laboratorium

dan sedang menunggu dorongan yang tepat untuk komersialisasi. Beberapa

metode pembuatan telah dikembangkan, dengan metalurgi serbuk,

bola berongga, dan lotus-jenis membuktikan paling populer dan setiap

memegang keuntungan yang unik tertentu. Kepadatan relatif dari 4% terus menerus

hingga 100% telah dicapai dalam sel tertutup baik terbuka-dan

busa, beberapa dengan anisotropic atau morfologi sel lain yang unik.

Beberapa metode bahkan telah menunjukkan industri-scalemanufacturing

potensial melalui proses produksi yang berkesinambungan.

Sifat material busa baja telah menunjukkan janji yang unik di

penyerapan energi yang tinggi, berbagai macam kemungkinan kekuatan untuk elastis

rasio modulus, dan daktilitas tinggi dalam beberapa jenis busa baja.

Ini sifat struktural berpotensi dikombinasikan dengan nonstruktural

keuntungan, seperti konduktivitas

atau kemampuan penyerapan getaran tinggi dalam pengembangan aplikasi baru

untuk materi.

Ada model analitis untuk homogenisasi foamprovide baja

batas dasar tentang perilaku, dan komputasi mikrostruktur

Model menunjukkan janji sebagai alat untuk memperluas karakterisasi bahan eksperimen

dan pemahaman. Selanjutnya, tingkat kontinum plastisitas

model yang tepat untuk busa logam telah dirumuskan.

Busa baja memberikan kesempatan unik untuk baja untuk mengisi lebih besar

bagian dari ruang desain potensial. Memperkenalkan density sebagai desain

meningkat variabel kebebasan desainer signifikan. Penelitian lebih lanjut yang melibatkan

tes materi yang lebih inklusif, model busa yang dihasilkan oleh

metode manufaktur lebih, dan demonstrasi struktural skala

baja busa akan mengisi kesenjangan yang ada dalam pengetahuan dan memungkinkan adopsi

penggunaannya sebagai bahan struktural.

Ucapan Terima Kasih

Tulisan ini sebagian didasarkan pada pekerjaan yang didukung oleh National

Science Foundation di bawah tidak ada hibah. Ini CMMI-1000334, 1000167, dan

0970059. Setiap pendapat, temuan, dan kesimpulan atau rekomendasi

dinyatakan dalam bahan ini adalah dari penulis dan tidak

mencerminkan pandangan dari National Science Foundation