七十七、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

泡沫铝夹芯梁在三点弯曲和四点弯曲加载时的变形和失效模式主要有三种：面板屈服，压入失效和夹芯剪切破坏。本实验中，类似的变形失效模式也在夹芯板侵彻过程中观察到了。由于复合材料面板泡沫铝芯层夹芯板的变形挠度很小，所以忽略了膜力作用的影响。夹芯板上层面板的局部变形从加载一开始就观察到了。锥形压头作用下，对应于压头与面板接触区域直径的变化，夹芯板上面板都是一圈一圈地破裂，如图5.2.4a所示，从而导致图5.2.3中点A处载荷的下降。

图5.2.4b和图5.2.4c分别为夹芯板下面板的两种不同的侵彻破坏模式。大部分夹芯板试件下面板都出现变形和破坏范围较大的破坏模式-I,而局部破坏的破坏模式-II只在面板较厚的夹芯板试件中出现过几次。两种破坏模式都是在压头下方的区域沿着纤维0%90°方向相互垂直地撕裂成四瓣，破坏沿着纤维方向向外扩展，这是导致图5.2.3中C点处载荷下降的原因。至此，夹芯板完全被穿透。

不同冲击能量会导致夹芯板试件出现不同程度的损伤和破坏。图5.2.5分别给出了夹芯板试件从压痕损伤到完全穿透的一系列变形和破坏图。

(1)当冲击能量较小时，夹芯板主要表现为冲头作用区域的压痕破坏。在夹芯板的压痕变形过程中，冲头作用局部区域的复合材料面板纤维断裂，泡沫铝芯层轻微压缩。图5.2.5a给出了低速冲击下泡沫铝夹芯板典型的压痕破坏图。实验结果表明，夹芯板的面板较厚且外加载荷强度较小时，夹芯板易出现压痕破坏模式。

(2)当冲击能量增大，上面板中心撞击区域会发生局部撕裂破坏，这时面板的变形超过了其延展性，冲头穿透上层面板，夹芯板发生侵彻失效，如图5.2.5b。当芯层较厚和面板较薄时，夹芯板易发生侵彻失效。

(3)泡沫铝芯层的压缩主要发生在载荷作用的中心区域，该区域可观察到泡沫铝的塑性大变形，甚至弯曲压溃，如图5.2.5c。

(4)当冲击能量足够大时，压头穿透上层面板，压溃泡沫铝，然后穿透下层面板(图5.2.5d),导致夹芯板完全穿透(图5.2.5e)。