Tubes reinforced with foams with density gradients

Abstract

Estudos na área dos materiais têm desempenhado um importante papel na indústria automóvel. Com o tempo, a utilização de materiais pesados tem vindo a ser substítuido por materiais mais leves como ligas de aço avançados, ligas de alumínio e compósitos. Quanto mais leves forem as estruturas, melhor o seu desempenho em termos de consumo de combustível e emissão de gases. No entanto, as estruturas necessitam de manter a sua integridade, assegurando a segurança activa e passiva dos ocupantes. Sendo assim, este estudo concentra-se em estudar o comportamento mecânico à compressão de tubos de alumínio preenchidos com espumas de alumínio. As espumas fechadas são produzidas através do método de pulverotecnologia ao passo que as espumas abertas são fabricadas com recurso à técnica de fundição de precisão. Este estudo passa também pela análise de espumas abertas preenchidas com polímeros, neste caso silicone e epóxido, comummente chamadas espumas híbridas. Os testes de compressão foram realizados em condições quasi-estáticas e dinâmicas, sendo analisados com recurso a uma técnica não destrutiva (Termografia Infravermelha), na qual se obtêm imagens térmicas (termogramas), utilizados no estudo dos modos de deformação. A análise dos resultados passa não só pelo estudo dos modos de deformação mas também da sua influência na capacidade de absorção de energia, mas também na ocurrência de fendas e fracturas. Os resultados demonstram que os tubos preenchidos com espumas de alumínio de porosidade fechada durante a etapa de formação da própria espuma, designados in-situ, são aqueles que garantem melhor resposta mecânica, tendo um comportamento mais estável e prevísivel.

Research in materials has been playing and important role in automotive industry. With time, the use of heavier material is being replaced by lighter materials such as advanced steel alloys, aluminium alloys and composites. The lighter the structures the better in terms of fuel consumptions and gas emission’s reduction. However, these structures have to maintain their reliability, ensuring active and passive security to vehicles passengers. Therefore, this study concentrates on studying the mechanical behaviour of aluminium tubes filled with aluminium foams under compression. The closed foams are produced through a powder metallurgical method, while the open-cell foams are produced through investment casting. This study also focuses on the study of open-cell foams embedded with polymers, silicone and epoxy, commonly called ’Hybrid Foams’. Compression tests are made under quasi-static and dynamic conditions, and analysed with non-destructive technique (Infrared Thermography), which allows to obtain thermal images (thermogrames), used to study the deformation modes. The analyses of the results passes not only through the study of the deformation modes but also focuses on its influence in energy absorption capability, as well as in the occurrence of cracks and fractures. The results show that foam filled tubes with closed-cell, expanded inside the tube itself ( designated as in-situ), ensures a better mechanical response, due to its more stable and predictable behaviour.