1、往复荷载作用下泡沫铝夹芯梁结构的力学行为研究

1.1引言

1.1.1泡沫金属及其夹芯结构

多孔固体是一种由形成孔穴棱边的固体杆或形成孔穴壁面的固体板所构成的相互联结的网络体。其典型的结构有：三维开孔泡沫材料及三维闭孔泡沫材料。为了更好的应用这些优良性能，人类不再满足于仅仅利用自然界已经存在的多孔材料，如：珊瑚、木材、海绵、骨骼等，而开始人工制造多孔材料。20世纪初伴随着工业化的发展以及材料科学的进步，聚合物泡沫材料、金属泡沫材料、陶瓷泡沫材料和玻璃泡沫材料等均被人们制造出来，并应用在了许多领域。在多孔材料的大家族中，泡沫金属相比于其它泡沫材料具有更多的优异性能。泡沫金属拥有轻质和高比强度、高比刚度、高能量吸收等诸多结构性能，同时其作为功能性材料也备受瞩目，如泡沫金属的良好的隔热、隔声、吸声、减振、电磁屏蔽等性能。因此，国际上许多研究机构把泡沫金属作为21世纪新材料研究的一个热点，如美国陆军研究办公室把泡沫金属等多孔材料列为21世纪材料研究的新趋势之一。泡沫金属材料可望广泛应用于中小型船舶的船体结构、空间飞行器、高速火车等。目前最令人瞩目的应用成果是瑞典的维斯比隐身护卫舰，舰体大量采用了复合夹芯材料和金属泡沫微孔结构,以此达到舰体轻量化，以及极其优异的隐身性能。然而，作为船舶的重要的结构部件，复杂的应用环境对其提出了更高的要求：不但要求结构拥有更好的轻量化，而且还要求在周期性循环载荷下有良好的承载能力、以及吸能等综合性能。

泡沫金属材料是一种以金属或者合金为基体，内部随机分布有三维多面形状孔穴的固体金属材料。按照胞孔结构，泡沫金属可分为闭孔和开孔两种形式。开孔泡沫金属具有连续贯通的孔洞，比表面积高，因此常用于热交换装置和散热装置中；而闭孔泡沫金属内部孔洞都是封闭的并且相互独立，由于具有优良的吸收能量性能，同时制备成本相对较低，因此闭孔泡沫金属的抗冲击力学性能以及能量吸收结构中的应用是目前的一个热点。

泡沫金属作为一种新型工程材料，它具有其它吸能材料与结构所无法比拟的优点：与基体材料相比，由于胞孔的存在，具有良好的可压缩性、压缩平台应力及在变形过程中泊松比的改变等；同泡沫聚合物相比，其刚度、使用温度范围及抗有机溶剂溶解能力均大提高；与泡沫陶瓷相比，其韧性、热性能、电性能及成型性均处于优势地位等。基于其优良性能，目前泡沫金属在汽车工业、航天航空、建筑工业和铁路运输等领域具有广泛应用前景，而且其应用范围正随着制造工艺的逐渐成熟和人们对其性能研究的日益深入而迅速扩大。