闭孔泡沫铝夹芯板抗冲击实验研究

闭孔泡沫铝静态压缩实验研究

泡沫铝静态压缩实验所采用的泡沫铝是中国船舶集团公司七二五研究所生产的。其孔洞结构为闭孔，压缩试样尺寸为φ35mm×10.84mm的圆板。试样从500mm×500mm×10.84mm的板材上切割下来，板材的密度为0.405g/cm3,相对密度为0.15,空隙率为85%,孔径为1mm~4mm。闭孔泡沫铝采用发泡法制备。为了得到真实的相对密度，试验前对每一个试样均匀称量。单轴准静态压缩实验(103/s)是在力学实验中心INSTRON4505电子万能试验机上进行的。为了减少试样两端与压头之间的摩擦，在压头的中心部位与试样的接触处涂抹凡士林以减少摩擦。实验中压头的移动速度为2mm/min,高度为10mm的试样中应变率为103/s,计算机上先设定好时间步长以及压力、应变率。用数码相机定时拍摄泡沫铝试件的变形过程，仔细观察每个时间段的压缩变形。并通过计算机记录的压缩载荷与压头位移便可以得到试样的名义应力-应变曲线。

闭孔泡沫材料在准静态载荷作用下，具有弹性阶段、屈服阶段(理想类塑性/软化阶段)和迅速密实三个阶段。

在第一阶段，闭孔泡沫铝因受到外界压力而发生弹性变形，变形的主要部分为其骨架部分；

在第二阶段，当外界压力超过其屈服强度时，极易发生骨架破碎，在此阶段应力增加不大而应变却因骨架的破碎而迅速增加；

在第三阶段，由于骨架的破碎而被挤压到一起，此时泡沫金属实际上成为实体金属，应力和应变成线性变化。经过实验可以看出闭孔泡沫铝试件的变形过程即原始态一弹性变形—崩碎—致密过程。

试验结束后试件明显被压实，孔洞基本被压扁，经测量试件厚度由原来的10.84mm压缩到3.54mm,直径由原来的35mm变为43.64mm。

当闭孔泡沫材料承载时，施加于其上的作用力就会做功。在使泡沫体变形至应变ε过程中的单位体积功，即是压缩应力-应变曲线下一直到应变趋近于零时的面积，因此，闭孔泡沫铝吸收的能量可简单地通过其压缩应力一应变曲线平台区下的面积求得。经过静态压缩实验可以知道，弹性区主要反映了闭孔泡沫铝泡孔结构的强度特性。在此阶段，压应力很小，闭孔泡沫铝处于弹性形变范围，试样受压产生弹性变形；屈服平台区主要反映了泡沫铝泡孔结构被压垮屈曲的过程。在此阶段，压力增加，个别泡孔壁首先被压跨，其所在层面上的其余胞壁产生应力集中，导致整层泡孔被压跨。由于孔的尺寸均匀，所以每层孔洞被压跨所需的应力相差不大，从而得到了屈服平台区，而致密阶段，在应力作用下，这些缺陷附近的区域也可能发生纯剪切；在其内表面也可能呈现滑动和涟波等。对相同结构的泡沫铝，只要试样的密度相近，其压缩曲线基本重合，说明准静态压缩实验的离散性很小。