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閉孔泡沫鋁夾芯板抗沖擊實驗研究

閉孔泡沫鋁靜態(tài)壓縮實驗研究

泡沫鋁靜態(tài)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(chǎn)的。其孔洞結(jié)構(gòu)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(fā)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(tài)壓縮實驗(103/s)是在力學(xué)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(yīng)變率為103/s,計算機上先設(shè)定好時間步長以及壓力、應(yīng)變率。用數(shù)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(yīng)力-應(yīng)變曲線。

閉孔泡沫材料在準靜態(tài)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(fā)生彈性變形，變形的主要部分為其骨架部分；

在第二階段，當(dāng)外界壓力超過其屈服強度時，極易發(fā)生骨架破碎，在此階段應(yīng)力增加不大而應(yīng)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(yīng)力和應(yīng)變成線性變化。經(jīng)過實驗可以看出閉孔泡沫鋁試件的變形過程即原始態(tài)一彈性變形—崩碎—致密過程。

試驗結(jié)束后試件明顯被壓實，孔洞基本被壓扁，經(jīng)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?yōu)?3.64mm。

當(dāng)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(yīng)變ε過程中的單位體積功，即是壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線下一直到應(yīng)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(yīng)力一應(yīng)變曲線平臺區(qū)下的面積求得。經(jīng)過靜態(tài)壓縮實驗可以知道，彈性區(qū)主要反映了閉孔泡沫鋁泡孔結(jié)構(gòu)的強度特性。在此階段，壓應(yīng)力很小，閉孔泡沫鋁處于彈性形變范圍，試樣受壓產(chǎn)生彈性變形；屈服平臺區(qū)主要反映了泡沫鋁泡孔結(jié)構(gòu)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(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)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(yīng)力相差不大，從而得到了屈服平臺區(qū)，而致密階段，在應(yīng)力作用下，這些缺陷附近的區(qū)域也可能發(fā)生純剪切；在其內(nèi)表面也可能呈現(xiàn)滑動和漣波等。對相同結(jié)構(gòu)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(tài)壓縮實驗的離散性很小。