閉孔泡沫鋁夾芯板動態沖擊實驗研究

本次實驗所用分離式霍普金森壓桿裝置(Split Hopkinson Pressure Bar,簡稱SHPB)。其中子彈長度為800mm,輸入桿(入射桿)及輸出桿(透射桿)長度均為2000mm。試件分為純閉孔泡沫鋁板、閉孔泡沫鋁單面板、閉孔泡沫鋁夾芯板。不同結構的閉孔泡沫鋁試件在應變率為103s1下分別測試，分析不同結構的閉孔泡沫鋁試件吸能情況。另外還做幾組閉孔泡沫鋁夾芯板在不同應變率下的動態沖擊測試，分析閉孔泡沫鋁夾芯板的動態應變率效應。

為了準確測量閉孔泡沫鋁夾芯板動態防護特性，應用SHPB實驗技術研究時需要解決以下幾個問題：

(1)由于泡沫材料內部主要由胞孔構成，為了能得到較為準確的實驗數據，以使得到的結果能代表真實材料的宏觀特性，一般要求試件直徑上分布的胞孔個數應大于10,而實際工程中的泡沫鋁的胞孔孔徑有時相對較大，因此所采用的SHPB裝置的壓桿直徑也應相應變大。隨著SHPB裝置壓桿直徑的變大。桿的橫向慣性效應以及彌散效應也相應地增加。仍采用一維應力波理論處理實驗數據將造成不可忽略的誤差。

(2)泡沫金屬材料的相對密度大多在30%左右，從而使得其波阻抗遠低于輸入桿材料的波阻抗，因此輸入應力脈沖透過試件傳到透射桿上的應力脈沖幅值很小，導致反射波形很大，與入射波形持平，而透射波形很小，與外界干擾信號的幅值處于同一數量級，幾乎被干擾信號淹沒，從而導致所測信號的嚴重失真。

(3)這類材料的低波速(較壓桿材料低1~2個量級)會引起試件內部應力長時間的不均勻性。

(4)這類材料需要相當寬的應變范圍(彈性階段、屈服階段和密實階段)。

(5)在理想的霍普金森壓桿實驗中，試件應處于應力均勻狀態并在實驗的大部分時間內以近似恒應變率變形。然而，在常規霍普金森壓桿實驗中這兩項要求并不能自動達到恒定。

為了解決以上問題，我們采取了以下措施或改進方法：

(1)采用純鋁壓桿，其波傳播的速度只有鋼制壓桿的1/6。

(2)在輸出桿上采用半導體應變片。由于半導體應變片的靈敏度系數遠大于電阻應變片，可將所測信號的信噪比提高約50倍，從而可獲得準確可靠的透射波形。

(3)對常規的數據處理方法作了較大的修改，采用“不均勻時間平移法”,以解決反射波形太大而導致數據處理困難以及試件內應力長時間的不均勻性。

(4)必須很好地設計入射脈沖的加載率以保證在試件中盡可能早地達到應力均勻。此外，還需要整形器以使試件能以近似恒應變率變形。

(5)選用大尺寸SHPB裝置，壓桿直徑為37mm(遠大于泡沫的孔徑),以減少數據的分散性；子彈長度為800mm,輸入桿(入射桿)及輸出桿(透射桿)長度均為2000mm,以保證足夠長的加載時間，增加試件的變形量。首先分別測試了泡沫鋁夾芯板、單面粘貼鋼板的泡沫鋁及單純泡沫鋁在1000s1的應變率下的應力-應變曲線，然后對泡沫鋁夾芯板在550s1、750s1和1000 s1的應變率下的應力-應變曲線，通過分析，對泡沫鋁夾芯板的防護吸能進行進一步的研究。