闭孔泡沫铝夹芯板的抗冲击动态测试

引言

闭孔泡沫铝材料由金属铝骨架和内部的空隙组成。它是一种利用表面物理特征产生特殊作用的新型结构和功能材料，具有优异的结构敏感性。它具有轻质、高比强度的特点，以及减振、阻尼和吸收冲击能的作用，得到了越来越广泛的应用，根据闭孔泡沫铝材料的吸能特性，通过优化设计即将其与传统致密材料结合起来组成夹芯构件。夹芯板结构就是由金属面板与闭孔泡沫铝芯体构成的所谓的“三明治”结构，该结构的特点是轻质、高比刚度，并具有良好的缓冲吸能特性，在充分发挥闭孔泡沫铝材料自身特点的同时解决了其强度低的问题，本文针对有良好发展前景的闭孔泡沫铝夹芯板的“三明治”结构的构件做霍普金森动态冲击实验，通过实验结果比较分析闭孔泡沫铝夹芯板是否有具有显著的防护性能将是一个重要的课题。

试件材料及试件

本实验所采用的闭孔泡沫铝均由中国船舶重工集团公司第七二五研究所购买的，闭孔泡沫铝的基体材料为呈韧性的纯铝，采用的制造法是发泡铸造技术，其工艺流程为：铝的熔化—铝液增粘—保温发泡—冷却凝固一切割加工一产品深加工，制造出的泡沫铝空隙大小、密度分布均匀，其平均孔径为2.5mm左右。工业纯铝密度为2.70g/cm3,制备的泡沫铝为0.405g/cm3,其相对密度为15%,因此其空隙率为85%,泡沫铝板材厚度为10mm。用于制作夹芯板的钢板采用Q235的密度为7.85g/cm3。其制作方法为用环氧树脂胶水均匀涂抹于切割好的闭孔泡沫铝与钢板表面，然后把涂抹好的钢板与闭孔泡沫铝粘结在一起，用重物压试件的两面15~20分钟，直至胶水凝固为止，从而制作泡沫铝单面板和夹芯板。

试验分两个部分：动态和准静态压缩试验。准静态压缩实验是INSTRON4505电子万能试验机装置上进行试验，动态冲击采用的SHPB设备上进行实验，因此综合考虑到目前的实验设备和惯性效应、摩擦效应两个因素的影响，设计试件尺寸为长为10mm,直径为35毫米的圆柱体试件设计为以下几种：

(1)闭孔泡沫铝板

取厚度为10mm的基体为纯铝的泡沫铝板，试件直径为35mm。形状为圆板。

(2)闭孔泡沫铝单面板

分别取厚度为10mm、直径为35mm的泡沫铝板和厚度为1.3mm、直径为35mm的钢板。泡沫铝和钢板用环氧树脂粘合剂粘在一起做单面板，其总厚度为11.3mm。形状为圆板。

(3)闭孔泡沫铝夹芯板

分别取厚度为10mm、直径为35mm的泡沫铝板，再取厚度为1.3mm、直径为35mm的钢板。试件分3层，上下两层为钢板，中间为泡沫铝芯体，钢板和泡沫铝之间用环氧树脂粘合剂粘结，其总厚度为12.6mm。形状为圆板。

实验采用的上述四种试件的厚度近似相等，以便每种试件的实验结果有可比性，其中单面板在冲击实验中分别冲击钢面和泡沫铝面。