七十二、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

本 章 小 结

本章实验研究了1060纯铝面板、闭孔泡沫铝芯层夹芯梁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，为进一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。

本章首先实验研究了不同温度下刚性支撑的泡沫铝夹芯梁的压入力学行为，泡沫铝芯层下表面牢固粘接在刚性板上，以保证压入实验过程中夹芯梁不会发生翘曲。实验结果发现夹芯梁的压入响应是一个非线性过程，主要有两个阶段：弹性变形阶段和塑性压溃阶段。这种非线性行为是由于压头下方的闭孔泡沫铝芯层材料逐步压溃导致的。随着压入的进一步深入，局部破坏也可能随之产生了，如泡沫铝芯层的断裂，面板与芯层脱层等。由于闭孔泡沫铝芯层的强度随温度上升不断下降，所以随着温度的升高，夹芯梁塑性压入段的载荷也不断降低。与闭孔泡沫铝材料性能类似，夹芯梁的屈服载荷随着温度的上升也是线性下降的。同时将实验结果与谢中友得到的夹芯梁压入理论分析解比较，发现吻合较好，验证了谢中友的理论模型和结果的有效性，可以较好地预测夹芯梁的压入响应。

为了考虑夹芯梁压入响应中由于膜力引起的夹芯梁整体屈曲的影响，实验同 时对简单支撑夹芯梁的压入力学性能进行了研究。泡沫铝芯层下表面不再用钢板粘接，而是用与上面板一样的1060纯铝面板粘接，直接放置在刚性面上进行压入实验，压入过程中夹芯梁试件发生翘曲。实验中对一些主要参数的影响，包括压头半径、面板厚度、芯层厚度和相对密度及面板材料对结构压入响应的影响也进行了研究。

本章同时实验研究了1060纯铝面板、闭孔泡沫铝芯层夹芯梁在不同温度下的准静态三点弯曲性能。根据修正的Gibson失效模式分析，泡沫铝夹芯梁在准静态三点弯曲加载下主要有三种初始失效模式：面板屈服、芯层剪切和压入模式。

由于本章中夹芯梁结构的材料参数限制，实验观察只发现其中两种模式：面板屈服和压入。将实验用到的夹芯梁结构的几何构形与修正的Gibson失效模式分析给出的失效模式图进行比较，发现Gibson模型能很好地预测夹芯梁的初始失效模式。本章同时将失效模式图扩展到高温情况下，得到泡沫铝夹芯梁的初始失效模式图随温度的变化趋势。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压缩。根据修正的Gibson模型预测的夹芯梁结构的极限载荷和实验结果所得极限载荷比较发现，芯层剪切模式分析结果和实验数据很好地吻合，说明泡沫铝夹芯梁的最终失效破坏主要是由于芯层剪切引起的。