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闭孔泡沫铝夹芯板交通运输抗冲击性能研究(24)

日期:24-03-21     时间:12:48 来源: 益荣金属

闭孔泡沫铝夹芯板交通运输抗冲击性能研究(24)


为了更好掌握夹层板冲击性能,分别对泡沫铝、单面粘贴铝板的泡沫铝和泡沫铝芯体夹层板进行了试验研究。是泡沫铝芯体夹层板SHPB实验的典型原始波形图,入射脉冲经过泡沫铝芯体夹层材料后传递到输出杆的脉冲有很大程度的衰减,这正是由于泡沫铝粘弹性的本构特性所引起的。

闭孔泡沫铝芯体夹层板在应变率为1000s1时应力时程曲线可以看出,泡沫铝芯体夹层板的应力在冲击下存在弹性区、屈服区和致密区。

在相同应变率下,4种试样在弹性区具有不同的斜率,以闭孔泡沫铝夹层板最大,且弹性屈服强度也是泡沫铝夹层板最大,单纯的泡沫铝最小,但是差别不大,主要是钢板很薄,在冲击作用下变形很小。

闭孔泡沫铝芯体夹层板中,钢板因厚度小,在冲击力作用下,产生的塑性变形很小,因此,夹层板体主要通过闭孔泡沫铝被压缩来吸收能量,随着泡沫铝芯体塑性变形的增大,大量的压缩能量被吸收,而单位体积泡沫铝芯体所吸收的能量C可由下式来表达:

C=0εdσdε             (2-4)

式中:εd为泡沫铝芯体压缩至致密化开始时的应变量;σ为流动应力;ε为应变。

对于一个给定的试样,当应变是εd时,其单位体积吸收的能量可以用应力-应变曲线下的积分面积来表示。闭孔泡沫铝芯体夹层板在受压缩载荷时,孔壁经历了弹性、塑性和致密化变形阶段,在弹性区吸能不多,而在屈服平台区应力几乎不变,能量被大量吸收。

从实验中测得的各试件的应力-应变曲线中可以看出应变率为1000s-1时吸收能量的大小从小到大依次为闭孔泡沫铝板、单面板(冲击泡沫铝面)、单面板(冲击钢面)、最后是闭孔泡沫铝夹芯板。从表3.2中我们知道冲击前后的各试件的尺寸变形差不多,闭孔泡沫铝的不同结构吸能效果却是不一样。据实验结果分析出闭孔泡沫铝夹芯板吸能效果优于其他结构,单纯闭孔泡沫铝本身是一个不规则的孔洞和基体骨架构成,所以当受到冲击载荷时泡沫铝不同孔洞与孔面膜层变形吸收的能量肯定是不一样的,我们可以认为夹芯结构能够使得芯体受到的冲击更加均匀化从而使芯体吸收的能量更加充分一些。在相同应变率的条件下,闭孔泡沫铝夹芯板的应力平台高于其他三种结构的应力平台。其中泡沫铝的应力平台最低。说明闭孔泡沫铝芯体夹层板比起其它三种结构具有更好的吸能特性。由此可见,闭孔泡沫铝芯体夹层板在抗冲击方面具有更好的性能。由式(3-1)经过计算可得出每个试件受到冲击载荷后吸收的能量。

J.Mlz提出了吸能效率(Efficiency)和理想吸能效率(Ideality)曲线,分别定义为:

吸能效率曲线:

E=1/σm·0εmσdε                    (2-28)

理想吸能效率曲线:

E=1/(σmεm)·0εmσdε             (2-29)

式中:εm为任意应变;Sm为对应的应力值。

吸能效率表示试样吸能效率与应力值的关系,可以比较准确地反映试样达到最佳吸能效果时对应的应力值。理想吸能效率表示泡沫铝实际吸收能量值与理想胞状材料压缩到相同应变量所吸收能量的比值,反映了各种试样吸能性能的优劣程度。

同一厚度的闭孔泡沫铝夹心结构分别在应变率为550s-1750s-11000s-1的情况下应力一应变情况可以看出相同空隙率的闭孔泡沫铝夹芯板的应变率效应不是很明显,其吸能情况差不多,区别不大。

综上所述在静态压缩实验中测得的泡沫铝材料的应力-应变曲线有弹性变形一屈服变形一致密变形过程,说明闭孔泡沫铝材料有明显的吸能特性,动态冲击实验中我们可以得出结论是在相同应变率下闭孔泡沫铝夹芯板的吸能效果明显优于其他三种结构,而相同闭孔泡沫铝夹芯板在不同应变率冲击下其吸能效果基本相同,说明闭孔泡沫铝夹芯板的应变率效应不明显。而动态冲击下闭孔泡沫铝的屈服平台显著高于静态压缩时的闭孔泡沫铝的屈服平台,说明静态压缩和动态冲击中还是存在应变率效应。

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