閉孔泡沫鋁夾芯板抗沖擊實驗研究

閉孔泡沫鋁靜態壓縮實驗研究

泡沫鋁靜態壓縮實驗所采用的泡沫鋁是中國船舶集團公司七二五研究所生產的。其孔洞結構為閉孔，壓縮試樣尺寸為φ35mm×10.84mm的圓板。試樣從500mm×500mm×10.84mm的板材上切割下來，板材的密度為0.405g/cm3,相對密度為0.15,空隙率為85%,孔徑為1mm~4mm。閉孔泡沫鋁采用發泡法制備。為了得到真實的相對密度，試驗前對每一個試樣均勻稱量。單軸準靜態壓縮實驗(103/s)是在力學實驗中心INSTRON4505電子萬能試驗機上進行的。為了減少試樣兩端與壓頭之間的摩擦，在壓頭的中心部位與試樣的接觸處涂抹凡士林以減少摩擦。實驗中壓頭的移動速度為2mm/min,高度為10mm的試樣中應變率為103/s,計算機上先設定好時間步長以及壓力、應變率。用數碼相機定時拍攝泡沫鋁試件的變形過程，仔細觀察每個時間段的壓縮變形。并通過計算機記錄的壓縮載荷與壓頭位移便可以得到試樣的名義應力-應變曲線。

閉孔泡沫材料在準靜態載荷作用下，具有彈性階段、屈服階段(理想類塑性/軟化階段)和迅速密實三個階段。

在第一階段，閉孔泡沫鋁因受到外界壓力而發生彈性變形，變形的主要部分為其骨架部分；

在第二階段，當外界壓力超過其屈服強度時，極易發生骨架破碎，在此階段應力增加不大而應變卻因骨架的破碎而迅速增加；

在第三階段，由于骨架的破碎而被擠壓到一起，此時泡沫金屬實際上成為實體金屬，應力和應變成線性變化。經過實驗可以看出閉孔泡沫鋁試件的變形過程即原始態一彈性變形—崩碎—致密過程。

試驗結束后試件明顯被壓實，孔洞基本被壓扁，經測量試件厚度由原來的10.84mm壓縮到3.54mm,直徑由原來的35mm變為43.64mm。

當閉孔泡沫材料承載時，施加于其上的作用力就會做功。在使泡沫體變形至應變ε過程中的單位體積功，即是壓縮應力-應變曲線下一直到應變趨近于零時的面積，因此，閉孔泡沫鋁吸收的能量可簡單地通過其壓縮應力一應變曲線平臺區下的面積求得。經過靜態壓縮實驗可以知道，彈性區主要反映了閉孔泡沫鋁泡孔結構的強度特性。在此階段，壓應力很小，閉孔泡沫鋁處于彈性形變范圍，試樣受壓產生彈性變形；屈服平臺區主要反映了泡沫鋁泡孔結構被壓垮屈曲的過程。在此階段，壓力增加，個別泡孔壁首先被壓跨，其所在層面上的其余胞壁產生應力集中，導致整層泡孔被壓跨。由于孔的尺寸均勻，所以每層孔洞被壓跨所需的應力相差不大，從而得到了屈服平臺區，而致密階段，在應力作用下，這些缺陷附近的區域也可能發生純剪切；在其內表面也可能呈現滑動和漣波等。對相同結構的泡沫鋁，只要試樣的密度相近，其壓縮曲線基本重合，說明準靜態壓縮實驗的離散性很小。