泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)沖擊吸能特性研究

陳軍紅，張方舉，謝若澤，徐偉芳，胡文軍

緩沖與隔振

泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)沖擊吸能特性研究

陳軍紅，張方舉，謝若澤，徐偉芳，胡文軍

（中國(guó)工程物理研究院 總體工程研究所，四川 綿陽(yáng) 621999）

為了研究靜動(dòng)態(tài)加載下泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)吸能特性隨泡沫鋁密度的變化規(guī)律。利用材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)3種不同密度的泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮，利用Taylor–Hopkinson實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)相同結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，基于電測(cè)和光測(cè)法獲得結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)壓縮載荷位移曲線，對(duì)載荷位移曲線進(jìn)行積分得到結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)吸能特性。準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下，隨著泡沫鋁密度的增加，泡沫鋁填充薄壁管結(jié)構(gòu)能量吸收能力近似成指數(shù)增加。動(dòng)態(tài)壓縮下，結(jié)構(gòu)能量吸收能力隨泡沫鋁密度增加先保持不變后增加。準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下，在薄壁金屬管中添加泡沫鋁能明顯增加泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)能量吸收能力，但在動(dòng)態(tài)壓縮下，低密度泡沫鋁的添加無益于增加結(jié)構(gòu)的能量吸收能力，為增加薄壁金屬管的吸能能力需要求泡沫鋁的密度超過一定值。

泡沫鋁；薄壁金屬管結(jié)構(gòu)；能量吸收；沖擊加載

泡沫鋁材料具有質(zhì)量輕，壓縮載荷作用下較寬的應(yīng)力平臺(tái)以及功能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在防撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[1-4]，但泡沫鋁單軸抗壓強(qiáng)度較低，難以單獨(dú)作為抗壓材料使用。薄壁金屬管具有軸向壓縮載荷較大且較平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)[5-7]，但容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)吸能不充分。泡沫鋁填充薄壁管金屬管結(jié)構(gòu)克服了泡沫鋁和薄壁金屬管單獨(dú)作為吸能材料的缺點(diǎn)，一方面，薄壁金屬管對(duì)泡沫鋁材料施加側(cè)向約束，使得泡沫鋁的承載能力提高，另一方面，泡沫鋁材料的添加增加了薄壁金屬管的穩(wěn)定性，使其發(fā)生屈曲失穩(wěn)的可能性降低，這使得泡沫鋁填充薄壁金屬管的能量吸收能力大于泡沫鋁和薄壁金屬管單獨(dú)作為吸能結(jié)構(gòu)能量吸收的總和。正因?yàn)槿绱耍菽X填充金屬管結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于火車、汽車的沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)[8-9]中。在泡沫鋁填充薄壁金屬管吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需研究的問題是在薄壁金屬管中匹配何種密度的泡沫鋁使得結(jié)構(gòu)的吸能最大化，即需獲得泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)在靜動(dòng)態(tài)壓縮下能量吸收能力隨泡沫鋁密度的變化規(guī)律，而在以往的研究中，泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)吸能特性研究相對(duì)較多，沖擊吸能特性研究多采用數(shù)值模擬方法，實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少[10-15]。

基于上述原因，文中對(duì)不同密度的泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，給出結(jié)構(gòu)壓縮載荷位移曲線以及能量吸收特性，并獲得結(jié)構(gòu)能量吸收能力隨泡沫鋁密度的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)對(duì)象為1 mm空心薄壁管、1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)、1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)。薄壁管材料為06Cr19Ni10不銹鋼，管外徑為100 mm，壁厚為1 mm，高度為140 mm。典型試驗(yàn)件圖像見圖1。

1.2 方法

準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)在材料試驗(yàn)機(jī)上完成，試驗(yàn)機(jī)壓頭直接對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行加載，加載應(yīng)變率為10 mm/min。傳統(tǒng)的材料動(dòng)態(tài)壓縮裝置一般為分離式霍普金森壓桿（SHPB），但利用SHPB進(jìn)行泡沫類材料動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)存在一些缺陷，一方面，因子彈長(zhǎng)度有限，使得加載脈沖寬度受限，無法獲得材料大變形下的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；另一方面，泡沫類材料在動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的局部變形，這使得“應(yīng)力/應(yīng)變沿試樣長(zhǎng)度均勻分布”這一基本前提難以滿足。為克服SHPB加載缺陷，有研究者利用落錘裝置對(duì)泡沫類吸能材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，但一方面，落錘裝置難以控制撞擊姿態(tài)，另一方面，撞擊速度受落錘初始高速限制?；诖?，文中在傳統(tǒng)SHPB和落錘試驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上，建立了Taylor–Hopkinson試驗(yàn)裝置，該裝置示意圖見圖2。將試樣直接放置于入射桿前端，利用空氣炮驅(qū)動(dòng)子彈以一定的速度直接撞擊試樣，通過分析粘貼于入射桿上的應(yīng)變片所采集的信號(hào)來獲得試樣的載荷信息，試樣的載荷通過式（1）計(jì)算。

式中：F為試樣載荷；E為入射桿彈性模量；ε(t)為入射桿上應(yīng)變片測(cè)得的信號(hào)。試驗(yàn)件的位移通過片光源測(cè)得。試驗(yàn)中，控制驅(qū)動(dòng)氣壓大小使得子彈裝置速度為14 m/s。動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)時(shí)，利用高速攝影機(jī)記錄結(jié)構(gòu)的變形過程。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，在準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載下，每種泡沫鋁填充薄壁金屬管試驗(yàn)件數(shù)不少于5。

圖2 Taylor–Hopkinson裝置示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷位移曲線及變形特性

1 mm空心薄壁管、1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)、1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁這3種結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷位移曲線分別見圖3—5。對(duì)于1 mm空心薄壁管，隨著位移增加，載荷近似呈線性增加到最大值（峰值載荷），隨后載荷開始下降到一穩(wěn)定值（平臺(tái)載荷）。1 mm空心薄壁管的平均峰值載荷和平均平臺(tái)載荷分別為111 kN和31 kN。在空心薄壁管中填充泡沫鋁后，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出類似的力學(xué)行為，即載荷先增加到最大值，后下降到一穩(wěn)定的平臺(tái)值。不同的是，添加泡沫鋁后，結(jié)構(gòu)在達(dá)到平臺(tái)載荷后，載荷出現(xiàn)明顯的周期性的波動(dòng)，且2種結(jié)構(gòu)載荷波動(dòng)周期近似相同。1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁和1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁這2種結(jié)構(gòu)的平均峰值載荷分別為107 kN和126 kN，平均平臺(tái)載荷分別為46 kN和82 kN。

3種結(jié)構(gòu)典型的載荷位移曲線對(duì)比，以及1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)在不同階段的變形形貌見圖6。從圖6中可以看出，在1 mm鋼筒中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁后，結(jié)構(gòu)的峰值載荷并沒有提高，而平臺(tái)載荷略有提高，約為1 mm空心鋼筒的1.5倍。在1 mm鋼筒中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁后，結(jié)構(gòu)的峰值載荷略有增加，平臺(tái)載荷增幅較大，約為1 mm鋼筒的2.7倍。此外，從結(jié)構(gòu)不同階段變形圖可以看出，添加泡沫鋁后，周期性載荷波動(dòng)對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的屈曲失穩(wěn)行為，周期性載荷峰值即對(duì)應(yīng)于一個(gè)新的屈曲折皺的形成。

圖3 1 mm空心薄壁管準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷位移曲線

圖4 1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷位移曲線

圖5 1mm薄壁管密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷位移曲線

2.2 動(dòng)態(tài)壓縮載荷位移曲線及變形特性

1 mm空心薄壁管、1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)、1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁3種結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)壓縮載荷位移曲線分別見圖7—9。1 mm空心薄壁管表現(xiàn)出與準(zhǔn)靜態(tài)壓縮類似的載荷位移行為，即載荷先上升到峰值隨后下降到一穩(wěn)定值，而填充密度為0.27～0.33 g/cm3和0.37～0.43 g/cm3的2種泡沫鋁后，在平臺(tái)載荷區(qū)，結(jié)構(gòu)的載荷隨著位移的增加略有增長(zhǎng)，即表現(xiàn)出一定的變形硬化行為。3種結(jié)構(gòu)的平均峰值載荷分別為283、264、279 kN，明顯高于準(zhǔn)靜態(tài)壓縮。準(zhǔn)靜態(tài)加載下，加載采取位移控制模式，故能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)大變形加載，而在動(dòng)態(tài)加載下，當(dāng)撞擊子彈速度衰減為零或子彈發(fā)生反彈時(shí)，結(jié)構(gòu)變形達(dá)到最大。在14 m/s的撞擊速度下，3種結(jié)構(gòu)的最終位移略有差別，其中1 mm空心薄壁管的平均最終位移最大，為23 mm；1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)的平均最終位移為21 mm；1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)的平均最終位移為19 mm。為便于比較，選取相同位移時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)位移為19 mm時(shí)，3種結(jié)構(gòu)的平均載荷分別為38.2、66.4、90.2 kN。

圖6 結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷位移曲線對(duì)比

圖7 1 mm空心薄壁管動(dòng)態(tài)壓縮載荷位移曲線

圖8 1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)壓縮載荷位移曲線

圖9 1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)壓縮載荷位移曲線

3種結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)壓縮下典型載荷–位移曲線對(duì)比見圖10。從圖10中可以看出，1 mm空心薄壁管和1 mm薄壁管中填充充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁2種結(jié)構(gòu)載荷位移曲線基本上是重合的，這表明在1 mm空心薄壁管中添加充密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁并不能增加結(jié)構(gòu)的承載能力，而在1 mm空心薄壁管中添加密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁后，結(jié)構(gòu)的峰值載荷并未增加，但平臺(tái)載荷卻有一定程度的提高。

動(dòng)態(tài)壓縮下，3種泡沫鋁填充薄壁管結(jié)構(gòu)在相同時(shí)刻的變形形貌見圖11。從圖11中可以看出，1 mm薄壁管出現(xiàn)非圓形對(duì)稱屈曲，而1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3和0.37～0.43g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)件則均出現(xiàn)了圓形對(duì)稱屈曲變形。此外，在相同時(shí)刻，1 mm薄壁管變形量最大，1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3泡沫鋁結(jié)構(gòu)變形量其次，1 mm薄壁管中填充密度為0.37～0.43g/cm3的泡沫鋁結(jié)構(gòu)變形量最小，這與結(jié)構(gòu)最終位移的變化趨勢(shì)是一致的。

圖10 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)壓縮載荷位移曲線對(duì)比

圖11 泡沫鋁填充薄壁金屬結(jié)構(gòu)變形形貌

2.3 靜動(dòng)態(tài)壓縮吸能特性分析

對(duì)載荷位移曲線進(jìn)行積分，即得到結(jié)構(gòu)的能量吸收，用以表征結(jié)構(gòu)在壓縮載荷作用下的能量吸收能力。在14 m/s撞擊速度下，3種泡沫鋁填充薄壁管結(jié)構(gòu)的最小變形約為19 mm，且從圖3—5和圖7—9可以看出，在變形量為19 mm時(shí)，3種結(jié)構(gòu)的載荷均已進(jìn)入平臺(tái)階段，因此，選取變形量為19 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)能量吸收進(jìn)行對(duì)比。靜動(dòng)態(tài)壓縮下，在壓縮位移為19 mm時(shí)泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)能量吸收隨結(jié)構(gòu)質(zhì)量變化見圖12。圖12中橫坐標(biāo)為結(jié)構(gòu)質(zhì)量，在相同尺寸條件下，反映的是泡沫鋁材料的密度，離散的點(diǎn)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，曲線是根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合得到的。從圖12可以看出，在不同加載應(yīng)變率下，泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)的能量吸收隨泡沫鋁密度的變化規(guī)律是不相同的，準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下，隨著泡沫鋁密度的增加，結(jié)構(gòu)的能量吸收能力近似呈指數(shù)增加，而在動(dòng)態(tài)壓縮下，隨著泡沫鋁密度的增加，結(jié)構(gòu)能量吸收能力先近似保持不變，隨后再開始增加。

圖12 泡沫鋁填充薄壁金屬結(jié)構(gòu)能量吸收隨質(zhì)量變化曲線

3 討論

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出泡沫鋁填充空心薄壁管結(jié)構(gòu)在不同加載應(yīng)變率下變現(xiàn)出不同的變形和吸能特性，總結(jié)如下。

1）準(zhǔn)靜態(tài)加載下，在1 mm空心薄壁管中添加泡沫鋁能提高結(jié)構(gòu)的承載能力，結(jié)構(gòu)的能量吸收能力也會(huì)得到提高。

2）動(dòng)態(tài)加載下，在1 mm空心薄壁管中添加低密度泡沫鋁（0.27～0.33g/cm3）無助于結(jié)構(gòu)承載和能量吸收能力的提升，需添加較高密度的泡沫鋁（0.37～0.43 g/cm3）才能提高結(jié)構(gòu)的承載和能量吸收能力。

薄壁管中添加泡沫鋁填充后復(fù)合結(jié)構(gòu)承載能力為薄壁管和泡沫鋁承載能力之和。在壓縮載荷作用下，復(fù)合結(jié)構(gòu)中薄壁管和泡沫鋁具有相同的位移，因此添加泡沫鋁是否能增加薄壁管結(jié)構(gòu)的承載和能量吸收能力取決于兩者的強(qiáng)度是否匹配。若添加的泡沫鋁強(qiáng)度與薄壁管相差不多或強(qiáng)于薄壁管，則薄壁管承載和能量吸收能力會(huì)得到提升。反之，若添加的泡沫鋁強(qiáng)度較弱，則無助于薄壁管承載和能量吸收能力的提升。

文中的試驗(yàn)結(jié)果中，泡沫鋁填充空心薄壁管結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)變率下表現(xiàn)出的不同變形和吸能特性應(yīng)歸因于薄壁鋼筒和泡沫鋁強(qiáng)度具有不同的應(yīng)變率效應(yīng)。準(zhǔn)靜態(tài)加載下，隨著泡沫鋁的添加，1 mm鋼筒的承載和能量吸收能力增加。隨著應(yīng)變率的升高，1 mm鋼筒的承載能力大幅度的提升，從試驗(yàn)結(jié)果來看，動(dòng)態(tài)加載下峰值載荷為準(zhǔn)靜態(tài)加載情況下2.5倍，結(jié)構(gòu)承載能力表現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。對(duì)于泡沫鋁材料的應(yīng)變率效應(yīng)，現(xiàn)有的研究多有爭(zhēng)議，泡沫鋁的應(yīng)變率效應(yīng)與孔洞狀態(tài)以及大小等因素均相關(guān)。Deshpande等[16]指出泡沫鋁力學(xué)性能表現(xiàn)出弱的應(yīng)變率敏感性；張健等[17]指出不同密度的泡沫鋁表現(xiàn)出不同的應(yīng)變率效應(yīng)，隨著密度的增加，泡沫鋁材料的應(yīng)變率敏感性增強(qiáng)。在動(dòng)態(tài)加載下，1 mm薄壁金屬管的承載能力相比準(zhǔn)靜態(tài)情況得到了很大提升，而密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)應(yīng)高于密度為0.27～0.33 g/cm3泡沫鋁，這種應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)的差別可能會(huì)導(dǎo)致在動(dòng)態(tài)加載下，密度為0.27～0.33 g/cm3的泡沫鋁的承載能力低于1 mm薄壁鋼筒，該種材料的添加無助于鋼筒結(jié)構(gòu)承載和吸能能力的提升，而密度為0.37～0.43 g/cm3的泡沫鋁的承載能力與1 mm薄壁鋼筒的承載能力相匹配，該種泡沫鋁的添加有利于1 mm薄壁鋼筒結(jié)構(gòu)承載和吸能能力的提升。此外，在更高的撞擊速度下，泡沫鋁填充空心薄壁管結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生更大的變形，但泡沫鋁和薄壁鋼筒的應(yīng)變率效應(yīng)規(guī)律以及結(jié)構(gòu)能量隨泡沫鋁密度的變化規(guī)律不會(huì)發(fā)生變化。

4 結(jié)語(yǔ)

通過試驗(yàn)對(duì)不同密度泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)壓縮變形及吸能特性進(jìn)行了研究，得到了以下結(jié)論。

1）準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷作用下，在1 mm薄壁管中填充密度較高的泡沫鋁材料（0.37～0.43 g/cm3）能有效地提高薄壁管的峰值載荷和平臺(tái)載荷，填充密度較低的泡沫鋁材料（0.27～0.3 3g/cm3）對(duì)提高薄壁管的峰值載荷作用不明顯，但能提高薄壁管的平臺(tái)載荷。

2）動(dòng)態(tài)壓縮下，1 mm薄壁管在達(dá)到峰值載荷后，載荷即下降到一穩(wěn)定平臺(tái)值，而1 mm薄壁管中填充密度為0.27～0.33 g/cm3和0.37～0.45 g/cm3的泡沫鋁2種結(jié)構(gòu)在達(dá)到峰值載荷且載荷下降之后，載荷隨著位移的增加略有增長(zhǎng)，即表現(xiàn)出一定的變形硬化行為。此外，3種結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)壓縮峰值載荷均明顯大于準(zhǔn)靜態(tài)壓縮時(shí)，表現(xiàn)出應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。

3）能量吸收方面，準(zhǔn)靜態(tài)壓縮時(shí)，在薄壁管中添加泡沫鋁即可增加結(jié)構(gòu)的能量吸收能力，而在動(dòng)態(tài)壓縮下，薄壁管中添加密度較高的泡沫鋁（0.37～0.43 g/cm3）才能提高結(jié)構(gòu)的能量吸收能力，低密度泡沫鋁（0.27～0.33 g/cm3）的添加無助于增加結(jié)構(gòu)的能量吸收能力。泡沫鋁填充空心薄壁管結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)變率下表現(xiàn)出的不同變形和吸能特性，這可能歸因于薄壁鋼筒和泡沫鋁強(qiáng)度具有不同的應(yīng)變率效應(yīng)。

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Impact Energy Absorption Characteristics of Thin-walled Metallic Circular Tube Structure with Aluminium Foam Filler

CHEN Jun-hong, ZHANG Fang-ju, XIE Ruo-ze, XU Wei-fang, HU Wen-jun

(Institude of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Sichuan Mianyang 621999, China)

This paper is to study the change law of the energy absorption characteristics of thin-walled metallic circular tube structure with aluminium foam filler under static and dynamic loading. The quasi-static compression of three kinds of thin-walled metallic circular tube structure with aluminium foam filler with different densities was carried out by the material test machine, and the dynamic compression experiment of the same structure was carried out by the Taylor–Hopkinson experimental device, and static and dynamic compressive load-displacement curves of the structure were obtained based on the electrical and optical measurement methods, and the static and dynamic energy absorption characteristics of the structure were obtained by integrating the load-displacement curves. Under quasi-static compression, with the increase of the density of aluminum foam, the energy absorption capacity of the thin-walled metallic circular tube structure with aluminium foam filler increases at an exponential rate. Under dynamic compression, the energy absorption capacity of the structure remains unchanged at first and then increases with the increase of the density of aluminum foam. Under quasi-static compression, the addition of aluminum foam to the thin-walled metallic circular tube can significantly increase the energy absorption capacity of the thin-walled metallic circular tube structure with aluminium foam filler, but under dynamic compression, the addition of low-density aluminum foam is not beneficial to increase the energy absorption capacity of the structure. In order to increase the energy absorption capacity of the thin-walled metallic circular tube, the density of the aluminium foam needs to exceed a certain value.

aluminium foam; thin-walled metallic circular tube structure; energy absorption; impact loading

TB485.1；O347

A

1001-3563(2022)11-0154-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.11.020

2021–05–28

國(guó)家自然科學(xué)基金（11602257，11572299）

陳軍紅（1987—），男，副研究員，主要研究方向?yàn)椴牧吓c結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)。

張方舉（1970—），男，研究員，主要研究方向?yàn)椴牧蟿?dòng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)沖擊防護(hù)。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋