闭孔泡沫铝夹层结构耐撞性研究（二十一）

为了研究面板材料在弯曲工况下对夹层结构力学性能的影响，比较了同一厚度下不同面板材料的夹层结构的载荷-位移曲线，如图2.18(a)所示，结合压溃失效过程分析，对面板为1mm的试件而言，试件GF-F1、CF-F1和AL-F1的临界失效模式均为压痕压入(IN)，但纤维增强夹层结构与铝合金夹层结构不同的是，由于纤维复合材料不像铝合金那样有明显的塑性变形，试件达到临界失效时，前者的面板发生了弹性变形，后者发生塑性变形，前者载荷达到临界载荷时会继续增大，只是增加幅度有所减小，而后者载荷会减小。试件GF-F1在断裂之前，未出现明显的芯层剪切裂纹且未出现载荷下降；CF-F1后屈曲过程出现芯层剪切裂纹(弯曲位移约8mm处)，而AL-F1后屈曲过程中出现界面失效和剪切裂纹(弯曲位移约10mm处)，从载荷-位移曲线中可以看出在这两处失效时，后者的载荷下降速度更快。

根据耐撞性指标图2.18(b)比较可知，从面板为GFRP到CFRP再到A₁6061的夹层结构来看，其临界载荷、总吸能是依次增多的；由于纤维夹层结构的面板质量轻，整体重量也就比同等尺寸的铝合金夹层轻，所以纤维增强夹层结构的比吸能比铝合金夹层结构的要高，而CFRP三明治结构的比吸能最大。

通过比较面板为1.5mm的夹层结构载荷-位移曲线，如图2.19(a)所示，纤维夹层结构在临界载荷后的载荷变化趋势小于铝合金夹层结构的变化趋势，结合其压溃过程，GF-F1.5的临界失效模式为压痕压入(IN),其余两者为芯层剪切(CS)；GF-F1.5的临界失效载荷最小，但吸能最多，而AL-F1.5虽有最大的临界载荷，但吸能最少。AL-F1.5在发生芯层剪切失效之后小段位移发生了界面失效，而CF-F1.5临界失效模式之后小段位移后还耦合了芯层泡沫压溃，这使得AL-F1.5的载荷下降速度比CF-1.5要快。根据图2.19(b)比较来看，从面板为GFRP到CFRP再到A16061的夹层结构来看，其临界载荷依次增加，而其总吸能和比吸能依次减少。

比较面板为2mm的三种试件，如图2.20所示，铝合金夹层结构和碳纤维增强夹层结构的临界载荷大小相差很小，并且比GFRP三明治结构的要高出大约20%。AL-F2的失效过程始终只存在一个失效模式，载荷下降速度比临界失效模式为芯层剪切以及后续失效耦合了压痕压入的CF-F2更快，这与面板厚度为1.5mm的试件的比较有类似的结论。玻璃纤维夹层结构和铝合金夹层结构有着相似的失效过程，但碳纤维的强度高于玻璃纤维，前者载荷-位移曲线的整体趋势高于后者。CF-F2总吸能最多，比吸能也最大，有最优的耐撞性能。