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本文在分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置上测试了泡沫铝芯体夹层板在不同应变率下的动态压缩力学性能。结果表明:泡沫铝芯体夹层板的动态压缩过程具有明显的“三阶段”特征,即弹性区、屈服平台区和致密区。在不同的应变率下,泡沫铝芯体夹层板具有明显的应变率效应,且随着应变率的增大,泡沫铝芯体夹层板的吸能特性明显提高。与单一泡沫铝相比,在相同应变率下,泡沫铝芯体夹层板具有更高的屈服应力和塑性流动应力。
在SHPB实验设备的基础上改装自制了抗侵彻试验装置。研究了铝板、泡沫铝和泡沫铝芯体夹层板在不同冲击速度下的抗侵彻性能。结果表明:单一铝板和单一泡沫铝在高速冲击下抗侵彻性能都很差,而泡沫铝芯体夹层板则表现出良好的抗侵彻性能。当冲击波透过泡沫铝芯体夹层板后,冲击应力衰减可达到85%。
在Instron液压伺服材料试验机上测试了泡沫铝芯体夹层板的准静态压缩力学性能和三点弯曲性能。与动态压缩力学性能相比,泡沫铝芯体夹层板的准静态压缩过程同样具有“三阶段”变形特征。在抗侵彻试验中,泡沫铝芯体夹层板非冲击面板主要是弯曲拉伸破坏,而在三点弯曲试验中,下层铝板表现出很好的弯曲拉伸性能。
利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序进行了抗侵彻数值模拟,同时借助SEM(Scanning Electron Microscope)等仪器,探索了其变形破坏形态。结果表明:动态压缩过程泡沫铝芯体夹层板的变形破坏主要为泡沫铝层孔洞的坍塌、压实过程。而在抗侵彻过程中,冲击面板被剪切破坏,泡沫铝层则反映孔洞坍塌、压实,背面板为弯曲拉伸破坏。