閉孔泡沫鋁夾層結構耐撞性研究（二十一）

為了研究面板材料在彎曲工況下對夾層結構力學性能的影響，比較了同一厚度下不同面板材料的夾層結構的載荷-位移曲線，如圖2.18(a)所示，結合壓潰失效過程分析，對面板為1mm的試件而言，試件GF-F1、CF-F1和AL-F1的臨界失效模式均為壓痕壓入(IN)，但纖維增強夾層結構與鋁合金夾層結構不同的是，由于纖維復合材料不像鋁合金那樣有明顯的塑性變形，試件達到臨界失效時，前者的面板發(fā)生了彈性變形，后者發(fā)生塑性變形，前者載荷達到臨界載荷時會繼續(xù)增大，只是增加幅度有所減小，而后者載荷會減小。試件GF-F1在斷裂之前，未出現(xiàn)明顯的芯層剪切裂紋且未出現(xiàn)載荷下降；CF-F1后屈曲過程出現(xiàn)芯層剪切裂紋(彎曲位移約8mm處)，而AL-F1后屈曲過程中出現(xiàn)界面失效和剪切裂紋(彎曲位移約10mm處)，從載荷-位移曲線中可以看出在這兩處失效時，后者的載荷下降速度更快。

根據(jù)耐撞性指標圖2.18(b)比較可知，從面板為GFRP到CFRP再到A?6061的夾層結構來看，其臨界載荷、總吸能是依次增多的；由于纖維夾層結構的面板質量輕，整體重量也就比同等尺寸的鋁合金夾層輕，所以纖維增強夾層結構的比吸能比鋁合金夾層結構的要高，而CFRP三明治結構的比吸能最大。

通過比較面板為1.5mm的夾層結構載荷-位移曲線，如圖2.19(a)所示，纖維夾層結構在臨界載荷后的載荷變化趨勢小于鋁合金夾層結構的變化趨勢，結合其壓潰過程，GF-F1.5的臨界失效模式為壓痕壓入(IN),其余兩者為芯層剪切(CS)；GF-F1.5的臨界失效載荷最小，但吸能最多，而AL-F1.5雖有最大的臨界載荷，但吸能最少。AL-F1.5在發(fā)生芯層剪切失效之后小段位移發(fā)生了界面失效，而CF-F1.5臨界失效模式之后小段位移后還耦合了芯層泡沫壓潰，這使得AL-F1.5的載荷下降速度比CF-1.5要快。根據(jù)圖2.19(b)比較來看，從面板為GFRP到CFRP再到A16061的夾層結構來看，其臨界載荷依次增加，而其總吸能和比吸能依次減少。

比較面板為2mm的三種試件，如圖2.20所示，鋁合金夾層結構和碳纖維增強夾層結構的臨界載荷大小相差很小，并且比GFRP三明治結構的要高出大約20%。AL-F2的失效過程始終只存在一個失效模式，載荷下降速度比臨界失效模式為芯層剪切以及后續(xù)失效耦合了壓痕壓入的CF-F2更快，這與面板厚度為1.5mm的試件的比較有類似的結論。玻璃纖維夾層結構和鋁合金夾層結構有著相似的失效過程，但碳纖維的強度高于玻璃纖維，前者載荷-位移曲線的整體趨勢高于后者。CF-F2總吸能最多，比吸能也最大，有最優(yōu)的耐撞性能。