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三十三、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

日期:23-09-18     时间:01:35 来源: 进口泡沫铝板

三十三闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

结果与讨论
从缓冲吸能和结构防护安全的角度,泡沫铝材料作为牺牲防护层时更受关注的是受保护对象的受力状态,即泡沫铝杆支撑端的载荷不能超过受保护对象的容许载荷值。均匀温度场(T=To=25°C和T=To=500°C)、线性梯度温度场(T=225°C,To=25"C和T=525°CTo=25°C)的泡沫铝杆受质量块冲击时支撑端载荷的数值计算结果以及由公式(2.32)和(2.31)得到的理论预测结果。可以看出,理论预测值和数值计算结果吻合较好,这说明通过R-P-P-L模型得到的理论结果可以准确地预测真实闭孔泡沫铝材料受冲击时的支撑端的载荷。

闭孔泡沫铝材料作为防护结构中的牺牲覆盖层,当撞击速度低于临界冲击速度时,泡沫铝的作用应力不会超过其单轴压缩平台应力,同时高孔隙率的闭孔泡沫铝可使冲击载荷大幅降低,具有优良的缓冲吸能作用;而当撞击速度超过相应条件下的临界速度时,压缩密实化后的闭孔泡沫铝传递的应力迅速增强,从而对其后方的人员或结构的安全构成威胁。对于厚度为Le,线性梯度温度场的闭孔泡沫铝牺牲覆盖层结构,根据方程(2.24)可得其临界冲击速度vc与两端面温度差T=T-To的关系:

vc2=[3εL(0+kT)2/(4ρ00+kT)·{[(2ρ0LC3σ0+kT)/(3m2σ0+kT)+1]2-1}               (2.36)


其中m为刚性质量块的面密度,ρ0为泡沫铝的密度,σ0是泡沫铝在温度,T0是的平台应力,εL为泡沫铝的锁定应变,k是泡沫铝平台应力随温度的变化因子。取定闭孔泡沫铝覆盖层长度Lc的情况下,假定泡沫铝支撑端(即受保护结构)的温度为常温T0=25°C,质量块面密度m=0.05g/mm2对于本章中的闭孔泡沫铝材料ρ0=0.323g/cm3L=0.533σ0=3.25MPa,k=-3.38/TmTm=660°C,泡沫铝刚好完全压实时的临界冲击速度vc随泡沫铝杆冲击端和支撑端的温度差T的变化关系。不同长度的闭孔泡沫铝杆的临界冲击速度随温差的增大,即冲极端温度的升高都是线性下降的。也就是说,对于已设计完成的闭孔泡沫铝牺牲覆盖层结构,支撑端(受保护的主体结构)温度不变,当环境温度(冲击端温度)升高时,结构容许的临界冲击速度是线性降低的,这也为缓冲吸能结构的设计提供理论指导。

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