九十七、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

1.2.6压头形状的影响

压头/冲头的几何形状和尺寸对于压头/冲头和夹芯板面板的接触响应是极其重要的参数，对于夹芯板的压入响应有较大的影响。压头形状对夹芯板的冲击响应和失效机制的影响在文献中有广泛的研究。文献调研显示，球形压头在研究中得到了更多的关注。

本节实验中研究了三种不同形状的压头作用下夹芯板的准静态压入力学响应。压入实验详情和实验结果见表6.2.3。三种不同形状的压头：锥形压头、半球形压头和平头压头。压头作用下的夹芯板的破坏模式：夹芯板上层面板的破坏模式取决于压头的几何形状和尺寸。钝头压头（半球头和平头）作用时会生成较大的破坏区域。泡沫铝夹芯板（Hu=1.5mm；Hy=2.5mm；Hc=10mm）在三种不同形状的压头准静态压入时的载荷响应。平头压头作用时，夹芯板压入载荷迅速上升到峰值，由于面板破坏载荷又迅速下降；而锥形压头作用时，载荷响应没有明显的峰值。平头压头压入夹芯板时的载荷最高，半球头压入时次之。但是平头压头压入时夹芯板的破坏位移也明显大幅减小。

基于载荷位移响应，夹芯板在平头压入时压实位移最小而吸收的能量最高。这是因为平头作用时夹芯板发生模式-III的剪切冲塞破坏，压入载荷非常高，从而耗散大量能量。对于半球形压头压入，由于夹芯板较大的失效位移压头下方大量泡沫铝被压溃，因此能量耗散也较多。而锥形压头压入时压头载荷较小同时变形区域也非常有限，因此夹芯板在锥形压头作用时耗散最少能量。同样地，平头压入时夹芯板的比质量能量吸收和能量吸收效率也最高，球头压入时次之，锥形头压入时最低。

对于两种不同芯层厚度的夹芯板，泡沫铝芯层厚度从10mm增大到20mm时，夹芯板在不同压入情况下的能量吸收和能量吸收效率都有较大幅度增长，不过比质量能量吸收的提高却不明显，在锥形头压入时的比质量能量吸收甚至降低。这主要是因为泡沫铝芯层的相对密度太大（p=23.3%）导致的。