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《泡沫铝填充薄壁方形铝管的静态弯曲崩毁行为》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第26卷第3期固体力学学报Vol.26No.32005年9月ACTAMECHANICASOLIDASINICASeptember2005泡沫铝填充薄壁方形铝管的3静态弯曲崩毁行为许坤寇东鹏王二恒虞吉林(中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,合肥,230027)摘要研究了泡沫铝填充的方形铝管的准静态三点弯曲行为.实验表明:泡沫铝填充有效地改变了铝管的局部崩毁变形模式;界面粘接提高了填充结构的抗弯刚度,但使结构易在较小转角下发生破坏.最后,基于实验提出了一个分析填充结构弯曲崩塌行为的理论方
2、法,在小转角下给出了与实验相当吻合的结果.关键词泡沫铝,薄壁方管,泡沫填充,弯曲崩毁行为0引言弯刚度的影响,发现填充物对管壁的支持抑制了受压侧结构的崩塌,从而改善了结构的承载能力和吸在过去20年里,研究人员做了大量的工作研究能效率.他们还研究了局部填充的泡沫铝填充构件薄壁构件轴向压缩的崩塌机制.然而,除了轴向渐进在冲击载荷下的抗弯刚度,给出了局部填充结构的[6]折叠,多数实际撞击还涉及到构件的弯曲崩塌失效.有效填充长度.Hall等研究了泡沫铝填充的圆形最初的棱柱结构弯曲崩塌的详尽研究是由铝、钢、钛管的横
3、向和纵向压缩行为,发现横向压缩[1]Kecman在1983年完成的.他从实验和理论上研后的泡沫铝有明显的侧面变形,填充结构的横向压究了矩形薄壁管的弯曲崩塌性能,提出了包含静止缩能量改善优于纵向压缩.Hanssen和Hopperstad和移动塑性铰线的简单失效机制,计算了包括后屈[7]等进行了泡沫铝填充方形铝管弯曲性能的实验曲大转角情况下的力矩和转角关系.Wierzbicki研究,并给出了简单的结构设计准则.[2,3]等将最初应用于轴向加载结构的超折叠单元的本文通过对30个试件的实验测试来研究泡沫概念扩展
4、到了弯曲和弯曲/压缩组合加载的情形,推铝填充方管的静态弯曲崩毁行为,涉及到的参数包导出了弯曲大变形情况下力矩和转角特性的封闭括方管厚度、泡沫铝密度以及界面粘接条件,最后给解.出的理论分析方法可以作为评价小转角时未粘胶泡为了获得更高的单位质量能量吸收率,引入蜂沫铝填充方管抗弯性能的设计准则.窝或泡沫金属等超轻材料作为薄壁空心结构内填充物的想法引起了广泛的研究兴趣.泡沫铝作为一种1实验材料和实验装置新型多功能工程材料,以其低密度、高的比刚度和比强度以及良好的吸能、隔音、绝热性能,在轻质结构的填充中显示出光明
5、的前景,受到了越来越多的关实验中所用方形铝管材料为AA6063T5,截面注.近年来,人们对以泡沫铝为内填充物的梁、管、壳外尺寸b为25.4mm,壁厚t分别为0.4mm、0.9mm等复合结构的准静态破坏行为和结构设计优化已做和1.2mm.管壁材料的拉伸曲线如图1,弹性模量了较多研究,但这些研究多为吸能装置的轴向压缩Ec为66.4GPa,特征应力σ0取为屈服应力σy和断行为分析,对于结构弯曲崩毁力学行为的研究还较裂应力σu的平均值.实验选用淮北虹波泡沫金属材[4,5]料厂提供的基体为纯铝(密度ρ=2.7g/
6、cm3)、密度少.Santosa和Wierzbicki等通过实验和数值模s3拟研究了泡沫铝填充对薄壁不锈钢管结构准静态抗ρf分别为0.24g/cm(平均胞孔尺寸324mm)和密3国家自然科学基金(90205003,10072059)资助.2004204226收到第1稿,2004211218收到修改稿.·262·固体力学学报2005年第26卷3度0.40g/cm(平均胞孔尺寸122mm)的两种闭孔泡沫铝.泡沫铝压缩曲线如图2所示,弹性模量Ef2泡沫铝填充方形铝管的准静态三点弯曲分别为0.23GPa和0.6
7、GPa,平台应力σf分别为1.测试5MPa和4.7MPa.泡沫铝与铝管间留有少量空隙,使泡沫铝能够在管中滑动.从三点弯曲实验的载荷2位移数据可以推导出结构的弯矩2转角关系.如果忽略压头与方管间摩擦力的影响,弯矩和转角可以近似用以下公式计算PLM=(1)42δθ=2arctan(2)L其中P和δ分别为压头处载荷和位移.2.1空心薄壁方形铝管图3是空心薄壁方形铝管三点弯曲的最终的变形状态和受载的弯矩2转角曲线.变形初始状态,弯矩值急剧上升,随着加载点附近局部褶皱的出现,进图1管壁铝合金材料的拉伸应力2应变曲
8、线一步弯曲所需的弯矩值减小,当弯曲到一定程度,压头两侧的褶皱相互挤压在一起,致使弯矩值略有上升.实验发现,薄壁管的弯曲变形主要集中在局部的塑性铰处,而其它部分则发生刚性旋转,局部结构的塑性变形导致抗弯刚度的明显下降.由图亦可见实验的重复性很好.图2闭孔泡沫铝的压缩应力2应变曲线表1实验测试试件参数截面形状加载形式管壁厚度泡沫铝密度界面粘接t1=0.4mm—Unbonded3方形静态t2=0.9mmρ1=0.24g/cm3bondedt3=1
