文獻回顧

在綜合性的回顧細胞狀材料之文獻上，Gibson 及 Ashby [11]所著作的書 提供各類天然與人造細胞狀材料的基礎資訊。Ashby 等人 [6]所著作的書提 供許多金屬泡沫材料的製造方法及應用的資訊。Banhart [7]集結各式已經有 商業應用的泡沫材料與仍在實驗階段之泡沫材料的製造方法，以及非破壞 檢測及破壞性檢測泡沫材料之方法，最後提供許多泡沫材料在工程上的應 用範圍。

在金屬製的泡沫材料的研究，Sugimura 等人 [12]使用三種不同的商品 化封閉式泡沫鋁進行實驗研究，探討課題包括泡沫材料型態、變形及破裂 形式等。Miyoshi 等人 [13]研究兩種不同細胞尺寸的 ALPORAS^™封閉式泡 沫鋁，發現在相似的密度下，細胞尺寸大小較小的泡沫鋁擁有較高的平台 應力。McCullough 等人 [14]發現泡沫材料的微結構具非等向性且非均質。

Miyoshi 等人 [4]詳細介紹 ALPORAS^™封閉式泡沫鋁的製造，包含加入不同 濃度的 Ca 造成熔融鋁黏稠度的變化，以及黏稠度與泡沫鋁之孔隙率關係，

同時探討加入不同量的發泡劑所產生的氫氣量與時間的關係。在他們的研 究中提到，泡沫材料的密度在橫向上，邊緣的密度最大，而中間的密度最 小。Paul 及 Ramamurty [15]以不同位移速率進行實驗，探討位移速率對於 封閉式泡沫材料力學行為之影響。該研究結果顯示出增加其位移速率，塑 性強度及吸收能量值也增加，此一效應在高密度的泡沫材料尤為明顯。

Mukai 等人 [16]亦同樣有類似發現。Markaki 及 Clyne [17]研究兩種不同製 造方法的封閉式泡沫鋁，發現不同的製造方法下的泡沫鋁微觀結構有差異 存在，破裂形式上亦有所不同。Cady 等人 [18]研究 ALPORAS^™封閉式泡 沫鋁在不同溫度下及經過熱處理後力學行為的差異。Banhart 及 Baumeister [5]及 Jang 及 Kyriakides [3]分別研究封閉式及開口式泡沫材料的受壓力學行 為，發現受壓方向的不同也會影響到整體力學行為反應。

細胞狀材料理論及數值模型之建立為另一項重要的研究課題。在二維

蜂巢狀結構的研究上，Gibson 等人 [19]使用簡單梁理論來推導具均勻斷面 之蜂巢狀結構之彈性性質。Silva 等人 [20]加入了軸向變形與剪力變形，並 考慮二維蜂巢狀結構之幾何非等向性來計算彈性性質，發現在不同施力方 向下彈性模數也有所差異。Papka 及 Kyriakides [21]的研究更進一步的利用 有限元素軟體計算出二維蜂巢狀模型的整體受壓力學行為。在三維泡沫材 料的模型上，最常被使用的規則幾何為 Lord Kelvin 所提出的十四面體（在 許多文獻上稱之為 Kelvin cell），由八個六邊形與六個四邊形所組成，如圖 1.7 所示。例如 Li 等人 [22]、Gong 等人 [23]及 Jang 等人 [24]等研究皆採 用 Kelvin cell 來建立泡沫材料數值模型。近期 Weaire 及 Phelan [25]提出比 Kelvin cell 表面面積小 0.3%的結構，由兩個十二面體及六個十四面體所組 成，形狀較 Kelvin cell 稍不規則。Gong 等人 [23]使用 Kelvin cell 為藍本，

同時考慮幾何非等向性與非均勻斷面，建立具代表性之開口式泡沫材料數 值模型。該模型對各彈性模數之模擬結果，均十分接近實驗數值。Jang 及 Kyriakides [26]更進一步使用 Kelvin cell 以有限元素軟體計算出開口式泡沫 材料之整體力學行為，數值計算結果與實驗十分吻合。在封閉式泡沫材料 的數值模型上，現階段仍屬於百家爭鳴的情形。Santosa 及 Wierzbicki [27]

以截角立方體（truncated cube）作為封閉式泡沫鋁的數值模型，將此模型堆 疊排列受壓後，已出現基本的皺褶機制（folding mechanism）。Meguid 等人 [28] 進一步把截角立方體的截角處由錐體形改為半圓球狀，成功地模擬出

實驗中觀察到的局部變形。Simone 及 Gibson [29]建立 Kelven cell 十四面體 數值模型以估計封閉式泡沫鋁之彈性模數及應力鋒值，並改變材料分布以 探討模數與應力峰值之變化情形。Konstantinidis 等人 [30]嘗試以圓球、橢 圓球、立方體及長方體四種幾何形狀來建立數值模型，以模擬封閉式泡沫 鋁受壓機械性質，其研究發現以橢圓球數值模型所得結果最靠近實驗數據。

Jeon 等人 [31]以電腦斷層掃描（CT scanning）分析泡沫材料結構，配合影 像處理將掃描結果建立成數值模型，在線性區數值模擬的結果與實驗結果 十分接近。