七十八、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

为了比较不同构型结构的能量吸收性能和评估新型材料和新型结构的效率，Hsu和Jones提出了能量吸收效率因子的概念，并将其定义为结构单元所吸收的弹性和塑性应变能与相同体积的材料在拉伸实验中所能吸收的最大能量的比值。研究者对能量吸收效率因子进行了深入的探讨并把这一参数推广应用于多种材料和结构，包括泡沫填充薄壁管结构轴压、斜压和三点弯曲等情况。本章实验中，所有的夹芯板试件都具有相同的几何形状和尺寸，相同的材料以及相同的约束条件，因此这个无量纲参数也可以应用到夹芯板结构来比较不同试件的能量吸收性能。对我们所研究的泡沫铝夹芯板结构能量吸收效率因子W可以写成如下形式：

Ψ=∫^δ₀Fds/V_uf∫₀^εγ σ_fdε+V_c∫₀^εγσ_cdε+V_lf∫₀^εγσ_fdε             (5.1)

式中，F是侵彻载荷，s是压头/冲头在侵彻过程中的位移，δ是夹芯板完全穿透时压头/冲头的最大位移。ε是单轴拉伸应变，ε_r是面板复合材料的单轴拉伸断裂工程应变（分析中为了简化，假定泡沫材料达到的最大应变与面板材料的拉伸断裂应变相等）。σ_f是面板材料的准静态拉伸强度，σ_c是芯层泡沫铝材料的平台应力。V_c是夹芯板试件中泡沫铝材料的体积，V_uf和V_lf分别是夹芯板上层面板和下层面板的体积。

根据前面的讨论，冲击能量、面板厚度、芯层厚度和相对密度以及压头形状都会对夹心板结构的载荷位移曲线和能量吸收性能产生影响。根据方程(5.2.1)得到的夹芯板结构能量吸收效率因子分别总结在表5.2.1至表5.2.4中，并在以下几个小节中详细讨论。