闭孔泡沫铝夹芯板动态冲击实验研究

本次实验所用分离式霍普金森压杆装置(Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB)。其中子弹长度为800mm,输入杆(入射杆)及输出杆(透射杆)长度均为2000mm。试件分为纯闭孔泡沫铝板、闭孔泡沫铝单面板、闭孔泡沫铝夹芯板。不同结构的闭孔泡沫铝试件在应变率为103s1下分别测试，分析不同结构的闭孔泡沫铝试件吸能情况。另外还做几组闭孔泡沫铝夹芯板在不同应变率下的动态冲击测试，分析闭孔泡沫铝夹芯板的动态应变率效应。

为了准确测量闭孔泡沫铝夹芯板动态防护特性，应用SHPB实验技术研究时需要解决以下几个问题：

(1)由于泡沫材料内部主要由胞孔构成，为了能得到较为准确的实验数据，以使得到的结果能代表真实材料的宏观特性，一般要求试件直径上分布的胞孔个数应大于10,而实际工程中的泡沫铝的胞孔孔径有时相对较大，因此所采用的SHPB装置的压杆直径也应相应变大。随着SHPB装置压杆直径的变大。杆的横向惯性效应以及弥散效应也相应地增加。仍采用一维应力波理论处理实验数据将造成不可忽略的误差。

(2)泡沫金属材料的相对密度大多在30%左右，从而使得其波阻抗远低于输入杆材料的波阻抗，因此输入应力脉冲透过试件传到透射杆上的应力脉冲幅值很小，导致反射波形很大，与入射波形持平，而透射波形很小，与外界干扰信号的幅值处于同一数量级，几乎被干扰信号淹没，从而导致所测信号的严重失真。

(3)这类材料的低波速(较压杆材料低1~2个量级)会引起试件内部应力长时间的不均匀性。

(4)这类材料需要相当宽的应变范围(弹性阶段、屈服阶段和密实阶段)。

(5)在理想的霍普金森压杆实验中，试件应处于应力均匀状态并在实验的大部分时间内以近似恒应变率变形。然而，在常规霍普金森压杆实验中这两项要求并不能自动达到恒定。

为了解决以上问题，我们采取了以下措施或改进方法：

(1)采用纯铝压杆，其波传播的速度只有钢制压杆的1/6。

(2)在输出杆上采用半导体应变片。由于半导体应变片的灵敏度系数远大于电阻应变片，可将所测信号的信噪比提高约50倍，从而可获得准确可靠的透射波形。

(3)对常规的数据处理方法作了较大的修改，采用“不均匀时间平移法”,以解决反射波形太大而导致数据处理困难以及试件内应力长时间的不均匀性。

(4)必须很好地设计入射脉冲的加载率以保证在试件中尽可能早地达到应力均匀。此外，还需要整形器以使试件能以近似恒应变率变形。

(5)选用大尺寸SHPB装置，压杆直径为37mm(远大于泡沫的孔径),以减少数据的分散性；子弹长度为800mm,输入杆(入射杆)及输出杆(透射杆)长度均为2000mm,以保证足够长的加载时间，增加试件的变形量。首先分别测试了泡沫铝夹芯板、单面粘贴钢板的泡沫铝及单纯泡沫铝在1000s1的应变率下的应力-应变曲线，然后对泡沫铝夹芯板在550s1、750s1和1000 s1的应变率下的应力-应变曲线，通过分析，对泡沫铝夹芯板的防护吸能进行进一步的研究。