开孔泡沫铝制备及其性能研究（二十五）

高孔隙率泡沫铝填充圆管压缩性能的研究（5）

开孔泡沫铝夹芯圆管的吸能特性(1)

开孔泡沫铝夹芯圆管主要用于需要防护和缓冲的结构件中。因此，开孔泡沫铝夹芯圆管在压缩过程中的能量吸收特性对于实际应用中结构的选择有着重要的参考价值。本文使用吸能量W来评价开孔泡沫铝夹芯圆管的吸能能力，其公式为：

W=∫^δ₀ F(s)ds                          （4-1）

式中，δ为压缩位移，mm；F（s）为随位移变化的函数，表征的是瞬时载荷，kN；W为吸能量，J。

由于采用石膏型熔模法制备的泡沫铝与采用食盐粒子渗流法制备的泡沫铝在相对密度和孔结构上有着较大的差异，两种工艺所制泡沫铝试样相对密度分别为0.13762g/cm³与0.405813g/cm³，势必会对用此泡沫铝填充的夹芯圆管的压缩行为与吸能特性造成影响。因此，在研制结构轻量化的缓冲器时，需要对缓冲器的重量进行评估，定义缓冲器单位质量所吸收的能量W_m公式为：

W_m=（W_total）/m=（∫^δ₀ F(s)ds）/m             （4-2）

式中，W_m表示比吸能，J/g；W_total表示吸收的总能量，J；m表示缓冲器的质量,g；δ表示压缩位移，mm；F（s）为随位移变化的函数，表征的是瞬时载荷，k/N；W为吸能量，J。

（1）石膏型熔模法所制泡沫铝夹芯圆管的吸能性能

吸能量－位移曲线根据公式4-1，取压缩位15mm时各试样所吸收的能量列于表4-4中。当压缩位移为15mm时，5#试样泡沫铝夹芯圆管的吸能量为251.25J，1#试样泡沫铝与3#试样空心圆管单独压缩的吸能量之和为230.24J；6#试样泡沫铝夹芯圆管的吸能量123.27J；2#试样泡沫铝与4#试样空心圆管单独压缩的吸能量之和为99.19J。由此可知，开孔泡沫铝夹芯圆管的吸能量比开孔泡沫铝与空心圆管单独压缩所吸收能量之和还要大，而所增加的这部分能量源于开孔泡沫铝与圆管管壁之间的相互作用以及粘结剂的作用。因此，泡沫铝夹芯圆管的吸能量可由公式表示为：

W_{filled tube}=W_Foam+W_Tube+W_Int                                                    (4-3)

式中W_{filled tube}表示泡沫铝夹芯圆管吸收的能量，J；W_Foam表示泡沫铝吸收的能量，J；W_tube表示空心圆管所吸收的能量,J；W_int表示空心圆管与泡沫铝相互作用所吸收的额外能量,J。

综上所述，空心圆管的吸能能力有限，但是经开孔泡沫铝填充后，通过开孔泡沫铝与圆管的相互作用可以有效提高吸能能力。

                                                                                           表4-4试样的压缩吸能量