泡沫铝的吸能特性研究一

有资料显示，当汽车发生高速碰撞事故时，吸能结构应能够产生较大变形并吸收大约70%的碰撞动能，从而减少对乘员舱的冲击，减轻对乘员的伤害。虽然现在高强度钢板、先进高强度钢板、超高强度钢板、连续变截面辊轧板等已经应用到车身，结构设计也日趋合
理，但其碰撞吸能特性并不理想，交通事故中依然有较大的伤亡，根据公安部统计数据，2011年我国共发生涉及人员伤亡的道路交通事故21万起,造成6.2万人死亡，23.7万人受伤，从事故类型上看，正面碰撞共有63992起，占事故总数的30.35%，致死率也是最高的，正面相撞死亡人数17986人，占总死亡人数的28.83%;侧面相撞有56687起，占事故总数的26.89%，事故致死率为18.5%。要想减小交通事故伤亡率，就应开发新型的吸能材料和结构以提高车辆在碰撞过程中吸收的能量。

泡沫铝的吸能能力

近年来，对泡沫铝的能量吸收特性的研究报道很多。由图6可见，泡沫铝的压缩应力-应变曲线具有明显的三阶段特性，即线弹性区、平台区、致密化区。在线弹性变形阶段的变形机理与实体金属相同，但没有实体金属明显，只有短暂的线弹性过程，在这一过程中胞单元的曲率发生变化；在应力平台期，随着应变的增大,泡沫铝的应力大小基本不变,呈现一个平台区，在这一过程中胞单元发生局部失稳、屈服或者断裂。泡沫铝材料因制造过程中的基体不同，孔壁在压缩时会有塑性变形和脆性变形两种模型，若基体金属为纯铝，因其延伸率较高，约为6%，,硬度约为30HB,在压缩过程中，孔壁多为塑性变形。当基体为铝合金时，延伸率较低，约为2%,硬度约为60HB,加载时孔壁多发生脆性变形。研究表明，在屈服强度相近的情况下，脆性泡沫铝的吸能本领高于塑性泡沫铝；平台期过后进入到致密化压实阶段时，泡沫铝的结构刚度增强，呈现出显著的应变硬化现象,此时应力-应变曲线的斜率将以基体金属的弹性模量迅速上升。
泡沫铝构件的吸能过程主要发生在平台区，在压缩过程中，外界输入的能量转变为结构中孔穴的变形、坍塌、破碎、胞壁摩擦等各种形式的能量耗散掉。根据有效能量吸收量、单位体积能量吸收量和吸能效率来评价泡沫铝的吸能能力。泡沫铝的有效能量吸收量相当于图6a所示载荷-位移曲线的阴影部分面积，单位体积能量吸收量相当于图6b所示应力-应变曲线下的阴影面积。