23、往复荷载作用下泡沫铝夹芯梁结构的力学行为研究

需要强调的是：在具体的试验研究中，通常对试件施加循环有两种模式：一种是力控制模式，即通过静态实验确定极限荷载，然后按照不同的载荷水平进行疲劳试验的设计和控制，这也是以往绝大多数学者对泡沫铝夹芯结构疲劳性能的研究模式，力控制模式有利于研究结构尺寸单一的夹芯结构，着重控制载荷水平来研究在不同载荷水平下泡沫铝夹芯结构的疲劳性能。另一种是位移控制模式，这种模式通常对应于低周疲劳试验，本次试验采用的就是位移控制模式，优点在于，把研究的重点集中在结构的尺寸效应对于疲劳性能的影响上，减少了疲劳试验设计时所需要控制的参数数量。

EI Mahi等人在其研究成果中阐述了两种不同的控制模式对于预测夹芯结构的寿命的影响。得出在位移控制下，随着循环次数增加，最大载荷不断下降的过程。EI Mahi的结果中分为三个阶段：(i)刚开始出现的荷载迅速下降的阶段；(ii)一段较长时间的荷载维持阶段，荷载有小幅下降，也是损伤在结构内部不断积累的过程；(iii)最后的荷载迅速下降的过程；荷载的下降与弯曲疲劳模量有关。

El Mahi给出的对数拟合方程是：

F_max/F_0max=A_0d-A_dln（n）                (3.4)

其中Aod取决于结构的初始状态， Aa取决于位移施加的水平和结构的固有特性。此对数拟合方程的描述能够符合曲线的前两个阶段的变化特性。在开始的第一此循环中，最大的载荷就等于施加的最大荷载F0mx,理论表达变为：

F_max/F_0max=1-A_dln（n）                  (3.5)

其中参数A_0d的变化可以通过测定位移水平并根据以下假定的方程来确定：

A_d=a_odr^ad                          (3.6)

其中aoa和aa是根据材料特性和位移水平来确定的参数，可以通过试验来确定。这样荷载和循环次数的表达式就变成：

F_max/F_0max=1-a_odr ^adln（n）              (3.7)

以EL Mahi给出的刚度退化模型为理论基础，本次疲劳试验记录了泡沫铝夹芯结构的疲劳加载实时动态过程，选取疲劳循环次数较大的F3试样，用Origin软件处理实时载荷数据，N代表结构循环加载时最终破坏时对应的寿命；F_omax代表位移控制下的最大载荷。本次试验只研究了相同的位移水平下的载荷退化分布规律，对于常温下的三点弯曲疲劳试验，泡沫铝夹芯梁结构的载荷退化模式大致包括三个阶段，即：

(1)初始载荷下降阶段。该阶段由于是循环加载初期，伺服疲劳试验机的作动器上下位移加载，并且通过载荷传感器识别结构反馈的力。显著特点是有较明显的载荷下降。

(2)刚度平稳退化阶段。该阶段结构承受循环位移，刚度缓慢退化，损伤逐渐积累，退化规律基本呈现直线形式，该阶段末期，循环次数接近结构发生断裂的全部寿命。

(3)突然下降段。载荷值出现突然的下降，结构在预先试验机设定的载荷结束条件不能满足的情况下，提前达到破坏，该阶段比较短暂，可以从具体的实验过程中看到结构中部的面板材料与芯材出现断裂的情况，结构的整体刚度丧失。

可以看出，本次试验的结果与EI Mahi得到的试验结果以及理论假设非常吻合。也就是说泡沫铝夹芯梁结构可以满足 EI Mahi提出的理论刚度退化模型。需要强调的是，本次往复荷载实验中，试样的循环次数普遍没有达到较高水平。考虑原因可能是，在位移控制条件下，试验设定的位移循环幅值较大。而A0、B0、C0三个试样的准静态测试结果中反映出的弹性阶段范围均比试验设定的位移控制的幅值要小，所以结构在加载中，塑形变形积累程度较大，对试样的循环寿命有较大的影响。