七十三、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

泡沫铝夹芯板高温侵彻性能的实验研究  

引 言

泡沫金属夹芯结构由于其具有优异的结构力学性能，成本低并且可以重复使用等优点，在航空航天、船舶、汽车工业等领域都有广泛的应用。采用泡沫铝夹芯结构来取代传统的蜂窝夹芯结构，可以在获得更优异性能的同时使成本大幅度降低。由于环保和节能的需要，汽车轻量化已经成为当前世界汽车发展的潮流。 而使用泡沫金属夹芯结构是一个卓有成效的手段。德国的Fraunhofer-IFAM应用材料研究所与Karmann-GmgH汽车公司合作采用泡沫铝夹芯结构代替汽车中传统的冲压钢部件而使重量显著减少，同时可以减少汽车框架中零件的数量，方便组装，从而在降低成本的同时提高性能，而且具备吸能减震效果。

夹芯结构是航天航空飞行器广泛采用的结构构件。在服役过程中，飞行器不可避免会受到外来飞行物的撞击，使结构发生严重变形，甚至被侵彻和贯穿。因此，这类问题得到了广泛的研究。泡沫金属复合结构最常见的结构是夹芯梁和夹芯板。目前，对泡沫铝夹芯结构的研究主要集中在对泡沫铝夹芯梁的研究。针对夹芯梁结构的变形和失效模式、承载性能及优化设计等的理论分析和实验研究都有大量报道。但是，目前对泡沫金属夹芯板结构承载和吸能性能的研究还比较匮乏，缺乏较为完整的冲击失效模式实验结果，也没有系统的理论和数值模拟工作。而泡沫金属夹芯结构作为空间飞行器中轻质承载吸能构件的潜在应用背景和越来越广泛的应用需求，使得深入研究泡沫金属夹芯结构特别是泡沫金属夹芯板结构在高温下的力学性能变得十分迫切。

本章实验研究了不同温度下的泡沫铝夹芯板的侵彻性能，深入讨论了泡沫铝夹芯板结构的材料参数和结构几何参数以及实验温度对结构的准静态和动态变形、失效以及冲击能量吸收性能的影响，探讨泡沫铝夹芯板结构在高温下的动态力学性能和静态力学性能之间的差异，为轻质泡沫金属复合结构的多功能一体化设计奠定基础。