八十四、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

材料性能和侵彻实验
本节实验中夹芯板芯层材料所用的闭孔泡沫铝与2.2节中是同-批次材料，密度~0.3g/cm3(相对密度11.1%)，平均胞元尺寸~3mm，其在不同温度下的单轴压缩材料力学性能。
实验中夹芯板面板材料包括1060纯铝和2A12合金铝。对两种面板材料在不同温度下的基本力学性能进行测试。1060工业纯铝密度为2.33g/cm³。2A12铝合金是一种典型的高强度硬铝合金，由于其具有轻质、比强度高、易于加工成形等优点，在航空、航天、车辆、船舶等工业领域得到广泛应用：其具有比强度高、可热处理强化等优异性能，适用于制造卫星等航天器上要求承受高循环载荷的结构件。其化学成分见表5.3.1。从不同温度下的2A12铝合金材料单轴拉伸工程应力-应变中可以看出，2A12铝合金的屈服强度随着温度升高明显减小，表现出明显的温度软化效应。在200C~300°C之间，2A12铝合金的强度变化比较剧烈。
实验中所用的夹芯板试件是直径为φ320mm的圆板，上层面板厚度2.0mm，下层面板厚度3.0mm，闭孔泡沫铝芯层厚度20mm。夹芯板准静态高温侵彻实验在中国科学技术大学工程与材料科学实验中心的MTS810材料试验系统上进行，加载速率0.08mm/s，最大加载位移60mm。采用半球头压头，压头半径r=15mm。夹芯板侵彻实验分别在25%C(室温，RT)，200°C，300°C，400°C和500°C下进行。在每一种实验温度下，取平行实验试样2~4个，试样随环境箱升温，升到目标温度开始计时，保温1小时后进行实验。
为比较边界约束条件对夹芯板侵彻性能的影响，分别采用周边简支(Simply Supported SS)和周边固支(Fully Fixed FF)边界条件进行侵彻实验。采用的夹具由一个外径φ320mm，内径2R=270mm(R/r=9)，深60mm的刚性支座和一个厚20mm的钢圈组成，支座底部有一个内径φ125mm的凹槽刚好与MTS810的压头紧密配合。为了实现周边固支边界条件，夹芯板试件由两块刚性支座和刚性垫圈采用12个MI0的螺栓固夹。周边简支边界条件的夹芯板试件侵彻时直接放置于刚性支座上。需要说明的是，本节中除了比较边界条件的影响时进行了周边固支夹芯板穿透实验，其他的分析都是基于周边简支边界条件的夹芯板实验结果。