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閉孔泡沫鋁夾芯板的抗沖擊動態(tài)測試

引言

閉孔泡沫鋁材料由金屬鋁骨架和內(nèi)部的空隙組成。它是一種利用表面物理特征產(chǎn)生特殊作用的新型結(jié)構(gòu)和功能材料，具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)敏感性。它具有輕質(zhì)、高比強度的特點，以及減振、阻尼和吸收沖擊能的作用，得到了越來越廣泛的應用，根據(jù)閉孔泡沫鋁材料的吸能特性，通過優(yōu)化設計即將其與傳統(tǒng)致密材料結(jié)合起來組成夾芯構(gòu)件。夾芯板結(jié)構(gòu)就是由金屬面板與閉孔泡沫鋁芯體構(gòu)成的所謂的“三明治”結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點是輕質(zhì)、高比剛度，并具有良好的緩沖吸能特性，在充分發(fā)揮閉孔泡沫鋁材料自身特點的同時解決了其強度低的問題，本文針對有良好發(fā)展前景的閉孔泡沫鋁夾芯板的“三明治”結(jié)構(gòu)的構(gòu)件做霍普金森動態(tài)沖擊實驗，通過實驗結(jié)果比較分析閉孔泡沫鋁夾芯板是否有具有顯著的防護性能將是一個重要的課題。

試件材料及試件

本實驗所采用的閉孔泡沫鋁均由中國船舶重工集團公司第七二五研究所購買的，閉孔泡沫鋁的基體材料為呈韌性的純鋁，采用的制造法是發(fā)泡鑄造技術(shù)，其工藝流程為：鋁的熔化—鋁液增粘—保溫發(fā)泡—冷卻凝固一切割加工一產(chǎn)品深加工，制造出的泡沫鋁空隙大小、密度分布均勻，其平均孔徑為2.5mm左右。工業(yè)純鋁密度為2.70g/cm3,制備的泡沫鋁為0.405g/cm3,其相對密度為15%,因此其空隙率為85%,泡沫鋁板材厚度為10mm。用于制作夾芯板的鋼板采用Q235的密度為7.85g/cm3。其制作方法為用環(huán)氧樹脂膠水均勻涂抹于切割好的閉孔泡沫鋁與鋼板表面，然后把涂抹好的鋼板與閉孔泡沫鋁粘結(jié)在一起，用重物壓試件的兩面15~20分鐘，直至膠水凝固為止，從而制作泡沫鋁單面板和夾芯板。

試驗分兩個部分：動態(tài)和準靜態(tài)壓縮試驗。準靜態(tài)壓縮實驗是INSTRON4505電子萬能試驗機裝置上進行試驗，動態(tài)沖擊采用的SHPB設備上進行實驗，因此綜合考慮到目前的實驗設備和慣性效應、摩擦效應兩個因素的影響，設計試件尺寸為長為10mm,直徑為35毫米的圓柱體試件設計為以下幾種：

(1)閉孔泡沫鋁板

取厚度為10mm的基體為純鋁的泡沫鋁板，試件直徑為35mm。形狀為圓板。

(2)閉孔泡沫鋁單面板

分別取厚度為10mm、直徑為35mm的泡沫鋁板和厚度為1.3mm、直徑為35mm的鋼板。泡沫鋁和鋼板用環(huán)氧樹脂粘合劑粘在一起做單面板，其總厚度為11.3mm。形狀為圓板。

(3)閉孔泡沫鋁夾芯板

分別取厚度為10mm、直徑為35mm的泡沫鋁板，再取厚度為1.3mm、直徑為35mm的鋼板。試件分3層，上下兩層為鋼板，中間為泡沫鋁芯體，鋼板和泡沫鋁之間用環(huán)氧樹脂粘合劑粘結(jié)，其總厚度為12.6mm。形狀為圓板。

實驗采用的上述四種試件的厚度近似相等，以便每種試件的實驗結(jié)果有可比性，其中單面板在沖擊實驗中分別沖擊鋼面和泡沫鋁面。