高應變率加載下復合泡沫塑料的吸能特性及失效機理研究
收穡日期:2001-10-18;收批改穡日期:2⑴2-13-15基金項目:國家自然科學基金(10072007),NSAF結合基金和教育部留學回國人員科研啟動基金(教外司留| 2001|345)贊助項目復合泡沫塑料是重要的工程防護材料,它是將空心微球填充到樹脂基體或泡沫塑料中而制得的一種新型復合材料與普通泡沫塑料相比較,復合泡沫塑料具有許多共同的長處,如密度易于控制,機械性能較高,是一種輕質高強的材料。因此,它在航空、航天和航海等領域有寬泛的應用前景由于這類材料經常用于包裝沖擊防護和爆破防護等方面,所以它們的動態力學行為受到工程界的普遍關注盡管前人對復合泡沫塑料的靜、動態力學性能已有一些鉆研,但多數工作僅限于兩相復合泡沫塑料(空心球填充復合材料),對三相復合泡沫塑料(空心球填充泡沫塑料)的鉆研甚少,尤其是對動態力學性能的鉆研未見報道最近,我們針對三相聚氨酯復合泡沫材料停止了比較寬泛的實驗鉆研,并在的介紹,評價泡沫材料的吸能特性主要采納吸能率曲線和能量吸收圖吸能率曲線的辦法最初由MiltZ5等提出,他們用E(Efficiency)參數來表示泡沫塑料的吸能率,用/(Ideality)參數來表示其理想的吸能率其中,E參數定義為真實泡沫塑料試件壓縮到最大應變X所吸收的能量同具有雷同尺寸的理想泡沫塑料試件完全壓縮并傳送雷同的最大應力e時所吸收能量的比值,即而/參數定義為真實泡沫塑料和理想泡沫塑料試件壓縮到雷同應變所吸收能量的比值,即能量吸收圖的辦法是由Gibson,也有沿經線方向的張開型裂紋、與壓縮方向成45度角的剪切裂紋和赤道面附近的彎折毀壞(a)為橫截面內胞體穿孔處的縱橫裂紋,尤其當穿孔位于胞體的底部時,會在穿孔處沿經線方向發出輻射狀裂紋;(b)為縱向截面內與壓縮方向成45度角的胞體壁上的剪切裂紋;(c)為橫截面內察看到的垂直于載荷方向赤道面附近的裂紋此外,掃描電鏡的察看還標明:復合泡沫塑料在動態加載時,慣性力在泡沫塑料胞體的毀壞中起了一定的作甩同時,胞體內來不迭活動的氣體也會對材料的毀壞產生影響。因為高應變率大變形壓縮時,胞體內氣體處于絕熱壓縮狀態,陡增的內壓會使胞體壁的側壓迅速回升,有可能加速彎曲應力對胞體赤道面附近形成的毀壞,形成所謂的“爆炸”現象3結論空心玻璃微球填充聚氨酯復合泡沫塑料的動態力學性能主要由密度因素決定,應變率效應只在高密度材料狀況中才表現得比較明顯。
不同應變率和密度條件下,復合泡沫塑料最佳吸能點的包絡線是同一條直線,吸能率最高的點與能量吸收圖上的最佳吸能點相對應復合泡沫塑料胞體的動態毀壞模式主要有彎折、拉伸和剪切三種,但與準靜態壓縮相比,胞體彎折毀壞的比例明顯增力卩。此外,慣性力和胞體內的氣體壓力對胞體的動態毀壞也有一定的作用。