九十三、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

1.2.1 夹芯板试件及压入实验

本节实验中夹芯板结构中采用的面板材料是与5.2节中相同的复合材料层板。面板材料拉伸强度330MPa，断裂应变1.35%，弹性模量约25GPa。夹芯板上层面板共用到三种厚度：Ha=1.2，1.5和2.0mm，下层面板都同样厚度(Hy=2.5mm)的复合材料板。夹芯板芯层材料采用的闭孔泡沫铝与2.2节所用的泡沫铝材料属同一批次，平均胞元直径~3mm。实验中使用了三种不同相对密度的泡沫铝材料：p=14.1%，19.6%和23.3%，单轴压缩实验测得其平台应力分别为opl=5.82，7.31和8.98MPa泡沫铝芯层厚度分别为He=10，15和20mm。

夹芯板试件的制备方法同5.2节，最终的夹芯板试件尺寸为150mm×150mm，采用<上面板厚度/mm>- <芯层厚度/mm>-<下面板厚度/mm>- <重复试验编号>的命名方式。

准静态压入实验在MTS809 材料测试系统上进行，采用位移控制加载，加载速率0.02mm/s。夹芯板试件置于刚性支撑板上，刚性压头在夹芯板中心加载。实验中使用了三种不同形状的压头。为保证实验结果的重复性，每种实验工况下重复三次试验。由于夹芯板中的粘胶剂不导电，压入试验完成后的试件不能采用线切割(EDM)切开，因此采用台锯低速割开试件来观察泡沫铝芯层的变形从而获得变形截面信息。

1.2.2面板和芯层的变形特征

压入实验一开始就能在夹芯板上面板观察到局部化变形。不同形状压头作用下刚性面支撑的夹芯板上面板变形和破坏模式：

1、破坏模式-I，压头侵彻夹芯板，复合材料面板在压头边缘断裂破坏，破坏区域周围纤维断裂面粗糙。压头接触区域的复合材料面板被完整冲塞，下方泡沫铝芯层被压实。

2、破坏模式-II中复合材料面板不但在压头作用区域周围断裂破坏，而且在压头接触区域沿纤维方向产生互相垂直的“十”字形断裂破坏，压头下方的复合材料面板破裂成四瓣。

模式-1和模式-II都是复合材料夹芯板在半球形压头作用时出现的，其中模式-I主要是在夹芯板上层面板较薄时出现，而具有较厚面板的夹芯板在半球头压入时主要是模式-II破坏。

3、模式-III是夹芯板在平头压头压入时出现的，夹芯板发生局部破坏，上面板压头作用局部处具有明显冲塞破坏特征。夹芯板面板和泡沫铝芯层都在压头周边撕裂，面板纤维断裂面光滑而平整，压头下方泡沫铝被压溃、压实。对于具有尖角的锥形压头作用时，夹芯板面板被穿刺，一小部分泡沫铝被压溃。随着压入深度增大，压头作用面积增大，压头周边面板材料和芯层泡沫铝材料逐渐被压坏，破坏区域非常有限。