泡沫铝及其夹芯板静态压缩力学特性的实验研究及理论分析

【摘要】：泡沫金属材料在作为缓冲吸能及防护装置的应用中,构件必须承受压缩载荷,因此泡沫金属材料的压缩力学性能就成为备受关注的问题,研究其压缩过程中的变形机理对泡沫铝合金的实际应用有着很重要的意义。本文以实验为主,与理论分析相结合,系统研究了泡沫铝材料的孔径、高度、试样叠加、应变速率和时效处理对泡沫铝合金的压缩力学性能的影响,另外还研究了泡沫铝合金夹芯板的力学性能、变形特性和吸能特性。主要内容包括： (1)孔径大小对泡沫铝压缩力学性能及吸能性能的影响 通过实验研究了三种孔径的泡沫铝合金的压缩力学性能。结果发现：孔径大小对开孔泡沫铝合金的压缩力学性能影响显著,当试件尺寸相同时,孔径为1.5mm的泡沫铝压缩力学性能最优。 (2)泡沫铝材料叠加后的压缩力学性能以及吸能特性 研究了不同试件高度泡沫铝的压缩性能,同时对叠加试件进行了压缩试验,并与相同尺寸未叠加泡沫铝试件的结果进行了,发现：1)试件高度对泡沫铝合金的压缩强度没有影响；2)两个或两个以上的泡沫铝合金叠加后拥有与相同高度未叠加材料完全一样的压缩力学性能； (3)初始应变率对泡沫铝合金的压缩力学性能的影响 对尺寸相同的泡沫铝合金试件进行压缩实验,初始应变率取1.0×10-3s-1、1.6×10-3s-1、2.5×10-3s-1,结果发现：初始应变率在1.0×10-3s-1～2.5×10-3s-1。范围内压缩强度的大小对初始应变率不敏感。 (4)时效强化热处理对泡沫铝合金压缩力学性能的影响 将泡沫铝材料进行150℃保温20小时的时效处理后进行压缩试验,发现：时效强化处理能够有效地提高其压缩强度,而其吸能效率基本没有发生变化。 (5)泡沫铝夹芯板的压缩力学性能 对泡沫铝合金材料进行夹芯处理,面板分别为0.5mm、0.8mm、1.0mm厚的铝板和厚度为0.5mm的铁板,然后进行压缩试验,将各组试验结果与未进行夹芯处理的比较,发现：1)对泡沫铝进行夹芯处理能显著提高其压缩力学性能；2)泡沫铝夹芯板压缩塑性平台区的长短跟其面板与内芯厚度之比λ有关,并且存在一个敏感临界值λ*,当λ大于临界值λ*时其压缩塑性平台区会明显减短；3)铁面板的泡沫铝复合板的敏感临界值λ*比铝面板的小。