泡沫铝的吸能特性研究三

应变率对泡沫铝抗冲击特性的影响

应变率对泡沫铝的抗冲击特性的影响目前还存在争议，主要有两种对立的观点，一种认为应变率无关，在仿真分析过程中不需要考虑应变率的影响。DESHPANDE等做了两种泡沫铝（闭孔和开孔）的动态特性试验，通过分离式霍普金森压杆设备在0.001~5000s^-1的应变率范围下试验发现，泡沫铝的动态特性与准静态情况并无太多区别。郭伟国等和王志华等的试验也证明，开孔泡沫铝的动态力学性能对应变率不敏感。RUAN等在低应变率(0.001~10s^-1)下做了闭孔泡沫铝的压缩试验，证实泡沫铝的平台应力是与应变率无关的。王青春等认为车身结构所用泡沫铝应变率一般为中等应变率(1~100s^-1),并研究了闭孔泡沫铝在中等应变率下的吸能特性，得到应变率不敏感的结论。HALL等的试验证实，在应变率为300~2000s^-1时，泡沫铝的屈服应力和吸能能力是相对密度的幂次函数,与应变率无关。

另一种观点则认为泡沫铝的本构关系主要为非线性特性，尤其是在大形变情况下(比如碰撞冲击)，这时就必须考虑应变率的影响。KATHRYN等认为在高应变率条件下，泡沫铝的部分力学性能可能会发生变化，对于开孔泡沫铝，高应变率没有较大的影响，但对于闭孔泡沫铝则有显著影响，并且泡沫铝的相对密度较大时(如大于15%)，高应变率的影响更为显著。M0NTANINI的试验也得到了相似的结论，试验采用了三种不同制备工艺的泡沫铝：M-Pore(开孔，熔模铸造法)、Cymat(闭孔，熔体发泡法)、Schunk(闭孔，粉末冶金法)，验证应变率范围为0.002~100s^-1,结果发现开孔泡沫铝对应变率不敏感，但闭孔泡沫铝的力学特性显著依赖于应变率。胡时胜等利用改进的Hopkinson压杆对开孔泡沫铝的试验发现，开孔泡沫铝具有显著的应变率敏感性，并将原因归结为泡沫材料变形的局部化、微观惯性和致密性,对应变率敏感材料(纯铝)和应变率不敏感材料的试验发现，基体材料的应变率敏感性并不能起主导作用。张健等对此持怀疑态度，认为泡沫铝对应变率敏感与否取决于基体材料，并通过Cowper-Symonds应变率模型进行数值模拟。仿真与试验结果对比发现，如果基体材料有应变率效应，则泡沫铝也有应变率效应且其敏感性随着孔隙率的增大而降低。