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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(qiáng)度的特點(diǎn)，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(yīng)用，根據(jù)閉孔泡沫鋁材料的吸能特性，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)的同時(shí)解決了其強(qiáng)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(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)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(hù)性能將是一個(gè)重要的課題。

試件材料及試件

本實(shí)驗(yàn)所采用的閉孔泡沫鋁均由中國船舶重工集團(tuán)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(yàn)分兩個(gè)部分：動態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)。準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)是INSTRON4505電子萬能試驗(yàn)機(jī)裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，動態(tài)沖擊采用的SHPB設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此綜合考慮到目前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和慣性效應(yīng)、摩擦效應(yīng)兩個(gè)因素的影響，設(shè)計(jì)試件尺寸為長為10mm,直徑為35毫米的圓柱體試件設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)采用的上述四種試件的厚度近似相等，以便每種試件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有可比性，其中單面板在沖擊實(shí)驗(yàn)中分別沖擊鋼面和泡沫鋁面。