12、往复荷载作用下泡沫铝夹芯梁结构的力学行为研究

2.3泡沫铝夹芯梁结构优化设计

由于泡沫铝夹芯梁所应用的范围不同，需要关注的最优性能也不尽相同，在泡沫铝夹芯梁结构的设计中，最优方案一般是针对某一特定性能参数的最大或者最小值作为衡量标准。针对本次研究接下去要进行的往复载荷下的性能研究，最需要关注的还是结构在载荷作用下的承载能力和同样尺寸的结构承载能力的稳定性，以期其在往复载荷下有较稳定的力学性能，并尽可能提高往复循环次数。

2.3.1 厚跨比的理论意义

实验结果分析中已引入的厚跨比概念，广义厚跨比：

λ=C/(L/2)=C/(L/2)·P/P=VC/M              （2-14）

如2-14式所示，广义厚跨比反映了泡沫铝夹芯梁截面上所受的弯矩和剪力的相对大小，实质上反映了矩形截面上的剪应力τ=v/bc和正应力σ=M/W成正比的数值关系。

由于剪应力τ和正应力σ决定了截面上主应力的大小和方向，从而厚跨比也就影响梁的 破坏形态和受剪承载力。

当厚跨比较小时，截面上的正应力相对于剪应力较大，上、下面板的受压、受拉性能决定了结构的极限承载能力的大小，当厚跨比较大时截面的抗剪能力决定了极限承载能力的大小，因此厚跨比较大时芯材的性能尤为重要。文献中，李志斌等人对于泡沫铝夹芯梁的三点弯曲性能进行了研究，他们的实验结果还包含了芯材剪切破坏模式，这与Ashby和Gibson的理论情况一致，但本次实验中未有出现此种破坏模式。根据广义厚跨比的概念分析，原因是上下面板层较薄(均为1mm厚铝面层),导致截面上的正应力承载能力相较于截面受剪承载能力要偏弱，上面板受压屈曲和下面板受拉屈服断裂的破坏模式优先出现。文献中对泡沫铝夹芯梁结构的截面受剪承载力P简单的用式(2-15)表示：

P=bcτ_c                         (2-15)

其中b为面板宽度，c为泡沫铝芯材的厚度。

此公式忽略了面板层的抗剪能力，当面板与芯材的厚度比值较大时，面板受剪相对很大，也极可能发生破坏情况。可以看出，当板面微弯时，板面在y方向的抗剪分量。这无疑在很大程度上增加了截面的抗剪承载能力。