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    漂珠聚氨酯復(fù)合泡沫力學(xué)特性及本構(gòu)模型研究

    2021-03-31 06:32:14張冰冰趙金安薛仲卿盧亞菁范志強(qiáng)
    振動(dòng)與沖擊 2021年6期
    關(guān)鍵詞:模型

    張冰冰,趙金安,薛仲卿,盧亞菁,范志強(qiáng)

    (1.太原工業(yè)學(xué)院 環(huán)境與安全工程系,太原 030008;2.中北大學(xué) 理學(xué)院,太原 030051 )

    粉煤灰漂珠是電廠燃燒產(chǎn)物煤灰的主要成分,為典型的輕質(zhì)中空球殼材料,具有良好的物理和力學(xué)特性。我國(guó)年產(chǎn)3~5億噸粉煤灰工業(yè)固廢,目前主要應(yīng)用于建筑工程的隔熱結(jié)構(gòu)[1-2],亟需拓展其高效綜合利用途徑。當(dāng)前研究表明中空微珠作為造孔劑填充高聚物和金屬基體時(shí),可制備具有優(yōu)異力學(xué)性能的輕質(zhì)泡沫,如玻璃微珠填充環(huán)氧樹脂、鋁等基體制備的復(fù)合泡沫,因具有優(yōu)異的力學(xué)、隔熱和耐磨性能被廣泛應(yīng)用于航空航天和車輛工程[3-5],然而有關(guān)粉煤灰漂珠復(fù)合泡沫的相關(guān)研究卻較少。將漂珠引入熔體發(fā)泡法制備的復(fù)合泡沫鋁具有更低的密度和更高的比強(qiáng)度,且材料應(yīng)變率效應(yīng)等動(dòng)態(tài)力學(xué)特性也顯著改善[6]。分析可知漂珠作為脆性空心微珠在傳統(tǒng)泡沫鋁胞元壁上引入了更多的微缺陷,降低孔壁密度的同時(shí)增強(qiáng)其脆性特征,從而導(dǎo)致了上述有益效果。另外,文獻(xiàn)[7]以大尺寸粉煤灰漂珠為主要組分,以聚氨酯為多孔黏結(jié)劑制備了一種具有多級(jí)閉孔胞元的漂珠聚氨酯復(fù)合泡沫(cenospheres polyurethane syntactic foams,CPSFs),初步的靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)表明CPSFs具有較高的比性能和應(yīng)變率效應(yīng),在輕質(zhì)抗爆炸/沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有較大的應(yīng)用潛力。

    傳統(tǒng)復(fù)合泡沫往往由一種或多種不同尺寸的空心微珠填充高聚物基體制備,僅包含一級(jí)微孔結(jié)構(gòu)。CPSFs則具有漂珠腔體、胞壁微孔和黏結(jié)劑胞元多級(jí)不同尺度的復(fù)雜微結(jié)構(gòu),力學(xué)特性隨材料組分、加載速度等因素體現(xiàn)出較為復(fù)雜的依賴規(guī)律??紤]到粉煤灰漂珠作為CPSFs的主要成分,其幾何和力學(xué)性質(zhì)對(duì)泡沫力學(xué)特性的影響機(jī)制尚不清楚,且以往研究并未構(gòu)建該類復(fù)合泡沫的力學(xué)模型,不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中材料選型、數(shù)值仿真等后續(xù)工作的開展。因此,本文針對(duì)漂珠尺寸和蜂窩鋁增強(qiáng)相對(duì)CPSFs的力學(xué)性能和變形行為的影響規(guī)律開展系列準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上采用Avalle理論構(gòu)建CPSFs的力學(xué)模型,為該材料基本力學(xué)特性的預(yù)測(cè)提供理論參考。

    1 CPSFs壓縮實(shí)驗(yàn)

    本文使用兩種尺寸的粉煤灰漂珠顆粒,平均外徑和壁厚分別為450 μm和30 μm、950 μm和50 μm,堆積密度約為0.35 g/cm3,表觀密度分別為0.625 g/cm3和0.58 g/cm3。利用XRF測(cè)得這兩種漂珠的主要化學(xué)組分為SiO2、Al2O3和Fe2O3,對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為35%,15~26%和20%。通過SEM觀測(cè)兩種粒徑漂珠的微觀形貌可知,兩種漂珠外觀大致呈球體,表面粗糙,如圖1(a)所示。然后,以硬質(zhì)聚氨酯為黏結(jié)劑在常溫下通過壓力滲透法制備成普通復(fù)合泡沫LT和LG,可看出粉煤灰漂珠比較均勻地分布在復(fù)合泡沫當(dāng)中,聚氨酯泡沫完全充滿于整個(gè)試樣,如圖1(b)所示。為改善材料力學(xué)行為,采用厚度為0.06 mm鋁箔制成的孔邊長(zhǎng)為4 mm的蜂窩鋁作為增強(qiáng)相,對(duì)應(yīng)增強(qiáng)泡沫為RLT和RLG,如圖1(c)~(f)所示。本文所制備的LT、RLT、LG、和RLG四種復(fù)合泡沫密度范圍為0.48~0.72 g/cm3。壓縮實(shí)驗(yàn)采用SUNS材料萬能試驗(yàn)機(jī),傳感器最大負(fù)荷100 kN,試樣直徑30 mm,高度22~30 mm,以約2.0 mm/min速度對(duì)試樣進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮,每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果取三次有效重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值。在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮過程中,通過GOM 5M三維數(shù)字散斑測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)試樣變形并進(jìn)行數(shù)字圖像相關(guān)分析(digital image correlation,DIC)。

    圖1 粉煤灰漂珠微觀結(jié)構(gòu)及四種類型復(fù)合泡沫Fig.1 Microstructure of fly ash cenospheres and four types of syntactic foams

    2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

    2.1 基本力學(xué)行為

    圖2分別是密度約0.54 g/cm3和0.63 g/cm3的四種類型復(fù)合泡沫的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線。由圖可知,所有曲線均具有泡沫材料典型的三個(gè)變形階段:線彈性、平臺(tái)段和致密化段,且強(qiáng)度和平臺(tái)應(yīng)力均隨密度的增大而增大。與普通復(fù)合泡沫LT和LG相比,相同密度下含增強(qiáng)相復(fù)合泡沫RLT和RLG分別有更高的壓縮強(qiáng)度和平臺(tái)應(yīng)力,且致密化應(yīng)變隨密度增大而略有減小。

    由圖2可知,對(duì)于密度為0.54 g/cm3的四種復(fù)合泡沫(RLT、RLG、LT、LG),漂珠尺寸對(duì)其平臺(tái)應(yīng)力的影響較小,含增強(qiáng)相的CPSFs(RLT、RLG)的強(qiáng)度和平臺(tái)應(yīng)力比普通復(fù)合泡沫(LT、LG)分別提高約19.1%~28.0%和8.2%~11.6%;對(duì)于密度為0.63 g/cm3的四種復(fù)合泡沫,RLT的力學(xué)性能最高,RLT和RLG整體力學(xué)性能明顯優(yōu)于LT和LG,其強(qiáng)度分別提高約44.8%和14.5%,平臺(tái)應(yīng)力分別提高約45.3%和15.6%,表明漂珠尺寸、泡沫密度和增強(qiáng)相對(duì)復(fù)合泡沫基本力學(xué)性能的影響規(guī)律較為復(fù)雜。綜合對(duì)比兩種密度下的CPSFs,發(fā)現(xiàn)其力學(xué)特性隨密度增大而增強(qiáng),隨漂珠尺寸減小也出現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)象。為深入研究復(fù)合泡沫力學(xué)行為,在壓縮過程中通過捕捉其變形過程,利用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)進(jìn)行處理得到密度為0.58 g/cm3的LT和RLT軸向壓縮位移場(chǎng),如圖3所示。

    圖2 四種復(fù)合泡沫典型工程應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.2 Typical engineering stress-strain curves of the four types of CPSFs syntactic foams

    圖3 普通和增強(qiáng)泡沫的軸向壓縮行為Fig.3 Uniaxial compression behavior of the plain and reinforced syntactic foams

    由圖3可知,LT曲線的a1~a2段出現(xiàn)一個(gè)輕微的應(yīng)力降低過程,并且圖中a2出現(xiàn)明顯的剪切變形帶,將位移場(chǎng)分割成若干部分。將二者聯(lián)系起來,不難發(fā)現(xiàn)剪切破壞是導(dǎo)致其出現(xiàn)強(qiáng)度失效和壓力降的原因,而剪切失效的產(chǎn)生主要是由于聚氨酯黏結(jié)劑的破壞所致。圖3中RLTs曲線在線彈性段之后也出現(xiàn)一段應(yīng)力軟化段,結(jié)合圖中b1、b2可知,該現(xiàn)象主要由鋁箔初始受壓屈曲變形導(dǎo)致其壓縮強(qiáng)度失效和后續(xù)壓潰行為,初始折疊失效細(xì)節(jié)如圖3(b)所示。LT的宏觀壓潰以剪切破壞為主,如圖3(c)所示,而增強(qiáng)泡沫中金屬薄壁結(jié)構(gòu)的折疊抑制了復(fù)合泡沫的剪切失效,從而導(dǎo)致其宏觀變形以軸向壓潰為主,壓縮后增強(qiáng)泡沫的剖面如圖3(d)所示。為進(jìn)一步考察復(fù)合泡沫的失效和鋁蜂窩的增強(qiáng)機(jī)制,分析LT和RLT材料在初始?jí)簼㈦A段的軸向壓縮應(yīng)變場(chǎng),分別如圖4和圖5所示。從圖4可知,由于復(fù)合泡沫內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的不均勻性,材料在線彈性段的壓縮應(yīng)變即表現(xiàn)出典型的不均勻性,材料局部產(chǎn)生應(yīng)變集中現(xiàn)象。細(xì)觀結(jié)構(gòu)的應(yīng)變集中隨材料的壓縮過程逐漸發(fā)展并演化為典型的宏觀應(yīng)變集中帶,如圖4(c)所示。由圖可知,強(qiáng)度較低的漂珠更容易卷入變形集中帶,這些隨機(jī)分布的變形集中帶主要造成材料的初始剪切失效,這與漂珠/高聚物復(fù)合泡沫的失效模式基本一致[8]。

    圖4 LTs軸向壓縮應(yīng)變?cè)茍DFig.4 Axial strain contours of LTs at different stages

    圖5(a)為RLT在初始?jí)簼㈦A段的軸向應(yīng)變場(chǎng),圖中CA和CB分別為試樣中靠近邊緣和靠近中心區(qū)域的蜂窩胞孔內(nèi)的復(fù)合泡沫,即CA的側(cè)向約束較差,CB周圍受蜂窩的側(cè)向約束較強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)不同約束下的CPSFs呈現(xiàn)不同的失效機(jī)制。為進(jìn)一步分析其差異,對(duì)比兩個(gè)不同蜂窩鋁單元內(nèi)部的子區(qū)域CA和CB的變形過程,如圖5(b)和圖5(c)所示。其中b1和c1分別是CA、CB區(qū)的軸向應(yīng)變場(chǎng),b2和c2為對(duì)應(yīng)的位移場(chǎng),此時(shí)對(duì)應(yīng)的試樣工程應(yīng)變約5%,約對(duì)應(yīng)材料失效應(yīng)變。

    由圖5(b)可知CA區(qū)域的復(fù)合泡沫呈典型的剪切失效模式,其位移場(chǎng)被滑移線分割為典型的子區(qū)域,其中“C”和“S”分別代表軸向壓縮和剪切應(yīng)變集中帶,應(yīng)變剪切帶主導(dǎo)CA區(qū)域內(nèi)CPSF的失效模式。在側(cè)向約束效應(yīng)較強(qiáng)的CB區(qū)域內(nèi),更容易形成左右對(duì)稱或者趨近于水平分布的壓縮變形帶??偨Y(jié)可知,CPSFs與多數(shù)空心微珠填充高聚物形成的復(fù)合泡沫類似,在準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮下的主要失效模式為剪切破壞。然而,當(dāng)材料內(nèi)部引入縱向薄壁結(jié)構(gòu)作為側(cè)向約束時(shí),材料被分割為若干個(gè)棱柱,各子區(qū)域內(nèi)的復(fù)合泡沫受側(cè)向約束作用更容易產(chǎn)生軸向壓潰變形模式[9],因此鋁蜂窩的增加改變了CPSFs內(nèi)部主導(dǎo)性失效模式,材料壓縮變形機(jī)制的轉(zhuǎn)變改善了復(fù)合泡沫的力學(xué)性能。

    圖5 RLTs軸向壓縮應(yīng)變和位移場(chǎng)演化過程Fig.5 Evolution of the axial strain and displacement fields of RLTs

    2.2 密度和漂珠尺寸對(duì)力學(xué)特性的影響

    圖6為四種類型CPSFs的強(qiáng)度與平臺(tái)應(yīng)力隨密度變化關(guān)系,圖6(a)為四種類型CPSFs的壓縮強(qiáng)度與相對(duì)密度呈y=αxβ的關(guān)系,圖中虛線是壓縮強(qiáng)度隨相對(duì)密度變化趨勢(shì)的擬合曲線。相對(duì)密度計(jì)算采用ρr=ρ/ρ*,其中:ρ為復(fù)合泡沫名義密度;ρ*為基體密度,通過結(jié)構(gòu)細(xì)觀組分分析可知材料等效基體密度約為1.8 g/cm3[10]。α和β是擬合系數(shù),具體擬合結(jié)果見表1。

    表1 強(qiáng)度隨密度變化趨勢(shì)的擬合系數(shù)Tab.1 Fitting coefficient of strength variation trend with density

    圖6 CPSFs強(qiáng)度與平臺(tái)應(yīng)力隨密度變化關(guān)系Fig.6 Relationship between CPSFs strength and platform stress with density

    強(qiáng)度是衡量材料抵抗破壞的重要指標(biāo),圖6(a)為四種復(fù)合泡沫的強(qiáng)度隨相對(duì)密度的變化規(guī)律,可知RLT的強(qiáng)度隨密度的增長(zhǎng)率最高,LT的增長(zhǎng)率最低。LG和RLG強(qiáng)度隨密度的增加趨勢(shì)基本一致。當(dāng)材料相對(duì)密度低于0.29時(shí),漂珠尺寸對(duì)復(fù)合泡沫的壓縮強(qiáng)度幾乎沒有影響;當(dāng)相對(duì)密度大于0.29時(shí),漂珠尺寸較大的復(fù)合泡沫LG的強(qiáng)度略高于LT。對(duì)于含增強(qiáng)相的復(fù)合泡沫RLG和RLT而言,在該密度范圍內(nèi)漂珠尺寸較小的RLT性能更優(yōu)異。相同密度下RLG比LG的強(qiáng)度值高約2.2 MPa,前期實(shí)驗(yàn)測(cè)得蜂窩鋁的壓縮強(qiáng)度約2.15 MPa,由此可知RLG的增強(qiáng)效果主要?dú)w因于復(fù)合泡沫中蜂窩鋁的添加。在相對(duì)密度0.29~0.38內(nèi),RLT與LT的強(qiáng)度差值從2.5 MPa提高到10.8 MPa,RLT的壓縮強(qiáng)度存在顯著的額外增強(qiáng)效應(yīng),分析認(rèn)為這主要是由RLT中CPSF的變形機(jī)制的轉(zhuǎn)變所致??傊瑢?duì)于RLT而言,隨材料密度增大蜂窩鋁的增強(qiáng)機(jī)制越明顯,但該增強(qiáng)機(jī)制同時(shí)受漂珠尺寸的影響。

    平臺(tái)應(yīng)力是決定泡沫材料吸能特性的重要因素。由圖3可知,含增強(qiáng)相復(fù)合泡沫的平臺(tái)應(yīng)力往往低于其壓縮強(qiáng)度,這是由復(fù)合泡沫中蜂窩鋁受壓彎曲折疊導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)力軟化現(xiàn)象。而普通復(fù)合泡沫的平臺(tái)應(yīng)力和壓縮強(qiáng)度接近。圖6(b)是該實(shí)驗(yàn)所用四類復(fù)合泡沫與文獻(xiàn)中幾種新型泡沫材料平臺(tái)應(yīng)力的對(duì)比圖[11-12]。由于與所對(duì)比的復(fù)合泡沫基體密度均不相同,因此圖示橫坐標(biāo)為材料名義密度。如圖所示,本文四種復(fù)合泡沫的平臺(tái)應(yīng)力均低于乙烯復(fù)合泡沫,這主要由于CPSFs是由聚氨酯泡沫基體和相對(duì)較大的漂珠顆粒組成,較多的孔隙導(dǎo)致其承載力較低。然而,本文所提供的復(fù)合泡沫具有更大的致密化應(yīng)變,同時(shí)與新型碳納米管和漂珠增強(qiáng)的泡沫鋁相比具有更大的平臺(tái)應(yīng)力和能量耗散特征,計(jì)算可知,當(dāng)前密度范圍內(nèi)的普通和增強(qiáng)CPSFs的比吸能分別約為3.6 ~ 10.8 MJ/m3和 4.2~13.0 MJ/m3。

    3 Avalle本構(gòu)模型

    復(fù)合泡沫由于材質(zhì)組分、細(xì)觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜且往往存在較多的微缺陷,導(dǎo)致當(dāng)前關(guān)于其力學(xué)性能的研究多在宏觀尺度上給出統(tǒng)計(jì)性結(jié)果,其物理模型的構(gòu)建較為復(fù)雜,因此往往采用唯象模型描述其應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)特征。泡沫材料的唯象本構(gòu)中Rusch模型[13]、Liu-Subhash模型[14]和Avalle模型[15]均可較為準(zhǔn)確地描述泡沫材料壓潰過程中典型非線性力學(xué)行為,其中Avalle模型因具有更簡(jiǎn)潔的物理意義和更廣泛的密度描述區(qū)間被廣泛應(yīng)用,其具體形式為

    (1)

    (2)

    Avalle模型中的參數(shù)A表示應(yīng)力應(yīng)變曲線的平臺(tái)應(yīng)力(或屈服應(yīng)力),平臺(tái)應(yīng)力對(duì)密度的依賴性仍可參考Gibson模型,表示為ρr和ρ3/2的線性組合

    (3)

    模型中的參數(shù)B影響應(yīng)力應(yīng)變曲線的致密化應(yīng)變,一般認(rèn)為其與密度呈冪律關(guān)系

    (4)

    m,n與材料的相對(duì)密度無關(guān),與復(fù)合泡沫種類相關(guān)。本文四種類型的復(fù)合泡沫通過最小二乘法對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)所得應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行擬合,在相對(duì)密度0.25~0.42內(nèi),可得到Avalle本構(gòu)方程參數(shù)A,B,E,m,n的值見表2。

    表2 四種類型復(fù)合泡沫Avalle本構(gòu)擬合參數(shù)值Tab.2 Fitting parameters of Avalle constitutive model of four types of syntactic foams

    通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的Avalle本構(gòu)方程參數(shù),分別對(duì)參數(shù)E和A進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如圖7所示。由圖可知,四種類型復(fù)合泡沫的E和A均隨材料的密度增大而增大,且含增強(qiáng)相的RLG與RLT的值均高于LG和LT,體現(xiàn)出蜂窩鋁的顯著增強(qiáng)作用,表征彈性模量和平臺(tái)應(yīng)力的參數(shù)隨密度的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,說明該擬合參數(shù)能夠較為準(zhǔn)確地表征材料基本力學(xué)性能隨密度的變化規(guī)律。

    圖7 復(fù)合泡沫Avalle模型參數(shù)與密度的關(guān)系Fig.7 Relationship between parameters of Avalle model and the density of CPSFs syntactic foams

    將Avalle模型擬合的應(yīng)力應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,如圖8所示,擬合誤差按e=σfit-σexp計(jì)算。其中:σfit為本構(gòu)模型擬合應(yīng)力;σexp為準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)得應(yīng)力。

    由圖8可知,Avalle本構(gòu)方程擬合曲線與實(shí)驗(yàn)所得應(yīng)力應(yīng)變曲線宏觀上基本一致,能描述其典型的彈性階段、應(yīng)力平臺(tái)段和致密化階段這典型三階段。對(duì)比發(fā)現(xiàn),對(duì)于LG和LT復(fù)合泡沫,實(shí)驗(yàn)與擬合結(jié)果吻合度較高,平臺(tái)應(yīng)力段誤差小于2 MPa,線彈性段與致密化段誤差均小于5 MPa。對(duì)于RLG和RLT復(fù)合泡沫,應(yīng)力平臺(tái)段和致密化段誤差均小于4 MPa,而彈性段屈服強(qiáng)度處(ε=0.05~0.10)誤差略大,這主要是由于Avalle模型采用了連續(xù)方程描述材料在不同階段的力學(xué)行為,其彈性段至應(yīng)力平臺(tái)段為平穩(wěn)過渡形式。然而,實(shí)驗(yàn)中由于鋁蜂窩增強(qiáng)相的存在,RLT和RLG的強(qiáng)度往往高于平臺(tái)應(yīng)力,在初始?jí)簼㈦A段存在典型的應(yīng)力降低“軟化”現(xiàn)象,Avalle本構(gòu)模型并不能描述該物理機(jī)制,但在平臺(tái)應(yīng)力和致密化階段,模型仍然能夠在較大密度范圍內(nèi)描述其應(yīng)力應(yīng)變行為。

    圖8 復(fù)合泡沫應(yīng)力應(yīng)變曲線擬合與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.8 Comparison of stress-strain curves between fitting and experimental results of CPSFs syntactic foams

    在實(shí)際工程設(shè)計(jì)和數(shù)值仿真中,泡沫材料主要作為填充吸能芯體,一般不作為單獨(dú)承載組件,因此模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其能量吸收行為更為重要。為進(jìn)一步考察Avalle本構(gòu)方程的適用性,對(duì)比分析了這四種復(fù)合泡沫的體積比吸能W

    (5)

    由圖9可知,Avalle擬合曲線的體積比吸能與實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)吸能曲線重復(fù)度極高。這是因?yàn)閷?duì)吸能影響比較重要的是應(yīng)力應(yīng)變曲線的平臺(tái)段,而屈服強(qiáng)度和致密化段的誤差對(duì)體積比吸能幾乎不產(chǎn)生顯著影響,表明Avalle本構(gòu)方程能夠擬合預(yù)測(cè)這四類復(fù)合泡沫的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮曲線。

    圖9 Avalle模型對(duì)復(fù)合泡沫能量耗散特性的擬合結(jié)果Fig.9 Avalle model fitting results of energy dissipation properties of CPSFs syntactic foams

    4 結(jié) 論

    本文以工業(yè)固廢粉煤灰漂珠為主要組分、以鋁蜂窩為增強(qiáng)相制備了具有不同密度和漂珠尺寸的新型復(fù)合泡沫材料,通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)研究了密度和漂珠尺寸對(duì)該類復(fù)合泡沫力學(xué)性能的影響,探討了鋁蜂窩的增強(qiáng)機(jī)制,然后基于Avalle本構(gòu)模型對(duì)該類復(fù)合泡沫應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行擬合,結(jié)論如下:

    (1)當(dāng)復(fù)合泡沫的相對(duì)密度小于0.29時(shí),漂珠尺寸對(duì)其抗壓強(qiáng)度和平臺(tái)應(yīng)力的影響較??;當(dāng)材料相對(duì)密度大于0.29時(shí),漂珠尺寸較大的普通復(fù)合泡沫和漂珠尺寸較小的增強(qiáng)型復(fù)合泡沫具有更好的力學(xué)性能。

    (2)普通和增強(qiáng)復(fù)合泡沫的主要失效模式均受內(nèi)部隨機(jī)分布的變形集中帶影響,但普通復(fù)合泡沫主導(dǎo)性失效模式為剪切破壞,而含有增強(qiáng)相的復(fù)合泡沫主導(dǎo)性失效機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向壓縮。

    (3)漂珠聚氨酯復(fù)合泡沫中鋁蜂窩的增強(qiáng)機(jī)制主要為材料變形模式的轉(zhuǎn)變,但該增強(qiáng)機(jī)制同時(shí)受漂珠尺寸的影響;包含較小漂珠的復(fù)合泡沫內(nèi),該變形機(jī)制的轉(zhuǎn)變效果更為顯著。

    (4)Avalle唯象本構(gòu)模型能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)漂珠聚氨酯復(fù)合泡沫的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮響應(yīng),對(duì)鋁蜂窩增強(qiáng)復(fù)合泡沫的強(qiáng)度描述誤差較大,但對(duì)四類復(fù)合泡沫能量耗散行為的描述與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合。

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