4、往复荷载作用下泡沫铝夹芯梁结构的力学行为研究

1.2.3泡沫铝及其复合结构的力学性能的研究进展A

1)静力学性能

虽然泡沫铝的生产制备方法早在上世纪40年代就已被人们掌握，但是对其力学行为的研究却较少。直到1959年描述泡沫材料力学性质的理论才由Gent以及Thomas提出，而泡沫金属系统化的研发工作直到1980年才开始。近20多年来，泡沫金属的研究和开发都十分活跃，是多孔材料的一个重要的组成部分和重要的分支。1988年Gibson和Ashby出版的专著“多孔材料一结构和性能”至今仍然是多孔材料领域的重要的论著；1992年Ashby第一次系统的总结了泡沫铝的力学性能和应用,文献不仅分析了泡沫铝本身的静态拉压特性，还给出了由泡沫铝加工的层合板和夹芯梁结构的结构设计，以及这两种结构的力学性能的初步分析。哈尔滨工业大学的陈鹏等人对于泡沫铝试件进行了三维CT扫描，得到比以往数值模拟要好的并更接近真实结构的模型，运用逆向工程做出有限元模型，对模型进行了受力分析。中国科技大学的Han等人对不同的模型和状态下的泡沫金属进行了较细致的理论分析，研究表明泡沫金属中的基质组成形式，对于变形、破坏以及断裂形式都有着很大的影响。试验对比了泡沫铝和AIMg10泡沫金属的力学形状的不同，结论是ALMg10泡沫金属有着更好的压缩吸能能力和拉伸强度但是延展性比泡沫铝要差。这些不同源自于泡沫铝材料内部的晶体排布和受力时的晶体错位理论的不同，并导致不同的应力集中形式。这一结论有助于研究者们更好的理解泡沫铝的力学性质的本质。

泡沫铝夹芯梁板结构抗弯曲性能是其主要的性能指标，目前大多数的国内外研究还是主要集中在胶结和焊接法制备的闭孔泡沫铝夹芯梁板结构的抗弯曲性能、以及层合梁的失效模式以及失效荷载、位移上。美国麻省理工学院的O.Kesler等人对静态三点弯曲实验下的泡沫铝夹芯梁结构的尺寸效应对于承载力的影响进行了分析。Kabir等人的三点弯曲实验研究了商业泡沫铝夹芯面板厚度以及支撑跨距对其弯曲性能的影响，但是鉴于泡沫铝夹心结构弯曲实验影响因素众多，单纯的跨距并不能作为主要控制因素。而文献则通过四点弯曲实验研究了闭孔泡沫铝夹芯结构的厚度与其弯曲变形行为的关系。国内东南大学的张林、何德坪通过三点弯曲实验对胶结形式的球形孔泡沫铝夹芯梁的荷载一位移曲线及各种破坏模式进行了研究。东北大学的张敏等人采用符合轧制方法制备了截面为冶金结合的泡沫铝夹芯结构，并进行了三点弯曲实验，验证了此种方法的截面结合性能和弯曲性能。东南大学的杨福俊等人通过三点弯曲实验，对影响胶合的泡沫铝夹芯板结构的承载能力的因素进行了分析，给出了不同厚度的夹芯板结构的承载力-位移曲线。随后杨福俊等人又分析了不同的芯材厚度、弯曲加载跨距以及胞孔形状对三明治梁极限承载力以及结构失效模式的影响。西南交通大学的强斌等人在弯曲实验的基础上，对泡沫铝夹芯梁进行了数值模拟，不同于以往的是数值分析对于变形过程中的界面脱粘给与了合理的模拟。