九、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

沫金属夹芯梁的弯曲性能①

夹芯梁的准静态响应通常是通过三点弯曲或四点弯曲实验或理论分析来进行研究，目前主要集中在对夹芯梁结构的变形失效模式、结构初始垮塌时的峰值载荷以及能量吸收能力和机理等方面的研究。研究发现泡沫金属夹芯梁结构有三种主要的失效模式:面板屈服模式(face yield)、芯层剪切模式(core shear)和压头压入模式(indentation)以及一些其他的失效模式，如面板褶皱(facewrinkling),芯层脱胶(debonding)等。失效模式是与结构的材料性能和几何参数有关的，如芯层相对密度、芯层厚度、面板厚度和强度、边界条件以及压头形状等。与弹脆性面板材料(如复合材料层合板等)相比,韧性金属材料面板的夹心梁塑性变形更大，即整体变形和拉伸变形更明显，因此载荷值更大，吸收的能量也越多。Yu等人对夹芯梁在三点弯曲加载下的变形和失效行为的Gibson模型进行了修正，将其推广到圆柱加载和支撑情况。动态加载下夹芯梁结构的失效模式和能量吸收也得到了广泛的研究。Yu等人通过准静态和动态实验研究了铝合金面板，泡沫铝芯层的夹芯梁的动态响应和失效行为。研究发现，由于局部压入和破坏范围增大,夹芯梁在动态载荷下的能量吸收能力比准静态加载时低。修正的Gibson模型与准静态实验结果吻合较好，当冲击速度低于5m/s时夹芯梁在动载下的失效模式和压垮过程与准静态加载时类似。Crupi和Montanini通过泡沫铝夹芯梁的动态三点弯曲实验发现低速冲击时的应变率效应不明显。Fleck等系统研究了夹芯结构在爆炸载荷作用时的结构响应并将夹芯梁的响应分为3个阶段：流-固耦合作用、芯层压缩和结构整体响应阶段。Wang等人利用泡沫金属子弹撞击加载来模拟爆炸载荷作用研究了开孔和闭孔泡沫铝芯层的夹芯梁在固支等边界条件下的塑性动力响应。Qin和Wang对泡沫金属夹芯梁在爆炸载荷以及质量块低速冲击加载时的结构响应进行了系统的理论分析。