十六、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

本文的研究内容简介

本文探索研究了温度对闭孔泡沫铝承载和吸能性能的影响，得到不同温度下泡沫铝材料的力学行为和能量吸收规律；在此基础上，综合考虑承载、吸能和隔热性能，发展具有不同拓扑构型的闭孔泡沫铝多层复合结构，研究温度对结构变形和破坏的影响，建立不同温度下这些结构的承载吸能性能与结构拓扑构型和参数间的关系，建立轻质泡沫金属复合结构多功能优化设计的方法，以满足近空间飞行器对材料的超轻质多功能需求。本文以实验研究为主导，并与理论分析和数值模拟相结合开展了以下研究工作：

第二章对闭孔泡沫铝材料在高温下的准静态和动态力学性能进行了实验研究，根据闭孔泡沫铝力学性能随温度的变化关系，基于闭孔泡沫铝在牺牲覆盖层中的工程应用,本章同时研究了梯度温度场的闭孔泡沫铝杆受刚性质量块冲击作用时的响应。对温度梯度泡沫铝材料中冲击波的传播建立了相应的理论模型，并利用有限元计算对理论模型进行了验证，为闭孔泡沫铝在牺牲覆盖层等缓冲吸能结构中的应用设计提供理论指导。

第三章实验研究了闭孔泡沫铝在两种不同形状压头(平头和半球头)不同环境温度下的塑性压入力学响应，并与其在不同温度下的单轴压缩响应进行了比较。基于不同温度下的球头压入力学实验结果，通过分析与泡沫铝球头压入响应有关的物理量，运用量纲分析的方法得到了闭孔泡沫铝压入响应量的无量纲关系，并采用有限元计算探讨了闭孔泡沫铝的塑性压入力学响应。

第四章实验研究了1060纯铝面板、闭孔泡沫铝芯层的夹芯梁结构在不同温度下的准静态压入和三点弯曲变形失效行为以及承载性能，为进-步预测夹芯梁的低速冲击行为奠定了基础，并为夹芯梁的优化设计和工程应用提供理论参考。第五章实验研究了复合材料面板、闭孔泡沫铝芯层的夹芯方板以及1060纯铝和2A12铝合金面板、闭孔泡沫铝芯层夹芯圆板的准静态侵彻和低速冲击力学性能，为夹芯板结构的优化设计提供初步的实验基础。

第六章实验研究了复合材料面板、闭孔泡沫铝芯层的夹芯方板的准静态压入力学行为，探讨了一些材料和结构几何参数对结构响应的影响。然后基于多层结构的多功能设计，综合考虑承载、吸能与隔热要求，探索由闭孔泡沫铝板、铝板、氧化铝纤维板等组成的多层复合结构的各种可能的拓扑构型,并通过隔热性能比较进行初步优选，并进行不同温度下的压入响应研究。

第七章总结了全文的研究工作,对实验和分析中存在的不足以及进一步的工作进行了讨论和展望。