開孔泡沫鋁制備及其性能研究（二十五）

高孔隙率泡沫鋁填充圓管壓縮性能的研究（5）

開孔泡沫鋁夾芯圓管的吸能特性(1)

開孔泡沫鋁夾芯圓管主要用于需要防護(hù)和緩沖的結(jié)構(gòu)件中。因此，開孔泡沫鋁夾芯圓管在壓縮過程中的能量吸收特性對于實(shí)際應(yīng)用中結(jié)構(gòu)的選擇有著重要的參考價(jià)值。本文使用吸能量W來評價(jià)開孔泡沫鋁夾芯圓管的吸能能力，其公式為：

W=∫^δ₀ F(s)ds                          （4-1）

式中，δ為壓縮位移，mm；F（s）為隨位移變化的函數(shù)，表征的是瞬時(shí)載荷，kN；W為吸能量，J。

由于采用石膏型熔模法制備的泡沫鋁與采用食鹽粒子滲流法制備的泡沫鋁在相對密度和孔結(jié)構(gòu)上有著較大的差異，兩種工藝所制泡沫鋁試樣相對密度分別為0.13762g/cm3與0.405813g/cm3，勢必會對用此泡沫鋁填充的夾芯圓管的壓縮行為與吸能特性造成影響。因此，在研制結(jié)構(gòu)輕量化的緩沖器時(shí)，需要對緩沖器的重量進(jìn)行評估，定義緩沖器單位質(zhì)量所吸收的能量W_m公式為：

W_m=（W_total）/m=（∫^δ₀ F(s)ds）/m             （4-2）

式中，W_m表示比吸能，J/g；W_total表示吸收的總能量，J；m表示緩沖器的質(zhì)量,g；δ表示壓縮位移，mm；F（s）為隨位移變化的函數(shù)，表征的是瞬時(shí)載荷，k/N；W為吸能量，J。

（1）石膏型熔模法所制泡沫鋁夾芯圓管的吸能性能

吸能量－位移曲線根據(jù)公式4-1，取壓縮位15mm時(shí)各試樣所吸收的能量列于表4-4中。當(dāng)壓縮位移為15mm時(shí)，5#試樣泡沫鋁夾芯圓管的吸能量為251.25J，1#試樣泡沫鋁與3#試樣空心圓管單獨(dú)壓縮的吸能量之和為230.24J；6#試樣泡沫鋁夾芯圓管的吸能量123.27J；2#試樣泡沫鋁與4#試樣空心圓管單獨(dú)壓縮的吸能量之和為99.19J。由此可知，開孔泡沫鋁夾芯圓管的吸能量比開孔泡沫鋁與空心圓管單獨(dú)壓縮所吸收能量之和還要大，而所增加的這部分能量源于開孔泡沫鋁與圓管管壁之間的相互作用以及粘結(jié)劑的作用。因此，泡沫鋁夾芯圓管的吸能量可由公式表示為：

W_{filled tube}=W_Foam+W_Tube+W_Int                                                    (4-3)

式中W_{filled tube}表示泡沫鋁夾芯圓管吸收的能量，J；W_Foam表示泡沫鋁吸收的能量，J；W_tube表示空心圓管所吸收的能量,J；W_int表示空心圓管與泡沫鋁相互作用所吸收的額外能量,J。

綜上所述，空心圓管的吸能能力有限，但是經(jīng)開孔泡沫鋁填充后，通過開孔泡沫鋁與圓管的相互作用可以有效提高吸能能力。

                                                                                           表4-4試樣的壓縮吸能量