七十、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

实验结果和讨论

闭孔泡沫铝夹芯梁准静态三点弯曲实验结果中只观察到两种初始效模式出现：面板屈服和压头压入模式需要说明的是，本文提到的失效模式分析均是针对结构的初始失效模式，而不能预测结构的最终失效模式。需要说明的是，泡沫芯层的断裂是由于夹芯梁初始垮塌失效后继续加载导致的最终失效模式。由于夹芯梁试件的几何参数和材料参数的限制，实验中没有观察到芯层剪切模式的出现。也有少量几个试件在实验过程中发生界面脱胶的现象，但这种失效模式并不是本文采用的夹芯梁的主要失效模式。对于芯层剪切模式，Gibson模型在分析中假定夹芯梁在压头两侧的变形是对称的：只在压头下方产生塑性铰或者在压头和刚性支撑处同时产生塑性铰。而在实验中发现，实际上完全对称的变形失效模式是不可能的。因为夹芯梁的变形失效总是在其最薄弱的地方先发生，而闭孔泡沫铝是一种非均质材料，对于芯层剪切模式，三点弯曲加载下虽然失效前压头两侧夹芯梁内部应力状态是对称的，但是一旦在较薄弱一侧发生破坏，则另一侧的应力就会因此而释放。王二恒在修正Gibson模型的分析中提出非对称理论模式。本实验中观察到了变形模式，较好地验证了理论分析模型的合理性。

由式(4.10)、(4.11)和(4.12)得到的泡沫夹芯梁失效模式图，通过比较发现，理论分析预测的初始失效模式与夹芯梁三点弯曲实验中观察到的初始失效模式较好地吻合，除了面板厚度t=3.0mm，芯层厚度c=20mm 的夹芯梁试件。这些试件是以面板屈服模式发生初始失效，而不是理论预测的芯层剪切模式。

Yu等研究发现，芯层剪切模式只有在面板很厚而且强度很高很难被压垮的情况下才会出现。而本实验中所用的泡沫铝材料拉伸强度太低，很容易被拉断，所以不会发生芯层剪切模式。事实上，由于两种失效模式机制的竞争，芯层厚度为20mm的泡沫铝夹芯梁试件随机地以面板屈服或压入模式垮塌失效。

从泡沫铝夹芯梁的初始失效模式随温度的变化趋势，中可以看出，实验温度通过影响材料性能，对泡沫铝夹芯梁失效模式的影响比较大。其他因素不变，随着温度的升高，夹芯梁结构更容易发生面板屈服失效模式，芯层剪切模式涉及的范围被大大地压缩。