闭孔泡沫铝夹芯板交通运输抗冲击性能研究(9)

泡沫铝能量吸收研究

泡沫铝平台段的应力远小于其基体的屈服强度，当受到外界冲击载荷时而且应力并不是很高的情况下通过自身的大变形消耗大量的功，将其转变为结构中泡孔的变形、坍塌、破裂、胞壁摩擦等各种形式所耗散的能量，从而有效地吸收外界的冲击能量，这种在较低应力水平下吸收大量冲击能量的特性正是作为防冲击和缓冲的理想材料。

泡沫铝可以用作能量吸收材料，并被大量用作包装等防护材料。防护性包装的实质是要吸收外来撞击的能量，并使得作用在被包装物体上的力小于某个许可值。泡沫铝在压缩过程中所吸收的能量主要在平台阶段。由实验结果可知，低密度泡沫铝在受载过程中，经过很小的弹性变形后，就进入一个很长的应力平台。这一平台越长，在较小的应力下，吸收能量越大。随着材料密度的增加，平台应力随之增加。所以泡沫铝的能量吸收能力与密度密切相关，但并不是简单的线性相关。对于某个给定的包装，有一个最佳的泡沫密度，选用的泡沫铝如果密度太低，则在能量还没有完全吸收时就被压实了，最后作用力因为材料密实而显著提高直到超过许可值。若密度太高，其平台应力可能会超过包装物的应力许可值。因此，理想的密度应该是其平台应力正好低于包装应力许可值，而平台下的面积等于所要吸收的能量。为了选择合适的泡沫铝用于能量吸收，人们提出了Janssen系数、缓冲系数和能量吸收图等方法来评估材料的吸能特性。

评估泡沫铝的能量吸收特性主要有以下几种方法：

(1)Janssen系数，J

描述泡沫材料吸收外部冲击能量的有效性的参数之一就是Janssen系数，

J。

J=a_p/a_j    Equation Chapter 2 Section 1                    (2-1)

可见，Janssen系数J定义为在吸收给定冲击能量的过程中真实泡沫铝的峰值加速度a_p与理想泡沫的加速度a_i之比，峰值加速度a_p可以由SHPB实验测得，而理想泡沫加速度则通过下式求得：

a_i=v²/2t                                  (2-2)

式中v为冲击速度，t为泡沫厚度。

(2)缓冲系数，C

缓冲系数C主要是由大量泡沫材料的应力-应变曲线而来，用于定义泡沫材料的能量吸收效率，即缓冲系数C被定义为某一给定的峰值应力σ_p,与在此应力下泡沫铝吸收的能量W的比值，即

C=σ_p/W                                             (2-3)