空心微珠al复合材料的动态压缩力学性能和吸能特性 dynamic-compression mechanical properties and energy-absorption capability of fly-ash cenospheres-reinforced 1199al-matrix composite foam.pdfVIP

第34卷第1期 爆炸与冲击 V01．34。No．1 2014年1月 EXPLOSIONANDSHOCKWAVES Jan．，2014 文章编号：1001—1455(2014)01—0028—0V 空心微珠／Al复合材料的动态压缩 力学性能和吸能特性。 张博一1，王 伟1，武高辉2 (1．哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨150090； 2．哈尔滨工业大学金属基复合材料与工程研究所，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：利用分离式霍普金森压杆(splitHopkinsonpressurebar，SHPB)系统对空心微珠体积分数为0．4 7002900 的空心微珠／1199AI复合泡沫在1 s1应变率范围内的动态压缩力学性能、吸能性能进行了研究， 还利用SEM扫描电镜对压缩试件断口进行微观组织分析，与准静态条件下材料的压缩力学性能及压缩变形 机制进行了对比。结果表明，空心微珠／1199A1复合泡沫是一种应变率敏感材料，与准静态结果相比，在高应 变率下复合材料的流动应力和塑性应变有明显的增大，应变率硬化效应对复合材料的流动应力的影响明显 大于应变硬化的影响。复合材料的准静态和动态压缩变形机制存在一定差异，动态载荷作用下，空心微珠／ 1199A1复合泡沫内部空心微珠的压缩和基体材料的充填同时发生，组分之间具有良好的协调变形能力。 关键词：固体力学；动态压缩力学性能；分离式霍普金森压杆；空心微珠／1199A1复合泡沫；吸能特性 中图分类号：0347 国标学科代码：13015 文献标志码：A 泡沫金属材料具有良好的压缩力学性能，是吸收冲击能量最理想的材料[1]。与传统泡沫金属相比， 采用压力渗透法制备而成的空心微珠／AI复合泡沫是一种金属铝基体骨架与飞灰／A1和A1：O。空心球 结合而成的新型复合泡沫金属材料，具有高比强度、高比刚度以及良好的缓冲吸能特性[2]。由于基体内 空。tl,微珠的承载作用使该新型复合泡沫金属材料的力学性能，特别是抗冲击吸能性能，比普通泡沫铝大 为提高Bj，因此被广泛应用于航空航天、军工及工程防护等领域。对空心微珠／Al复合泡沫材料的压缩 等[51制备了不同基体合金的飞灰增强金属基复合材料，表征了材料的密度、热膨胀系数和准静态压缩等 性能，并分析了飞灰体积分数不同的飞灰增强金属基复合材料的准静态压缩性能，发现随着飞灰体积分 等[9“3研究了飞灰／金属基复合材料的结构、压缩性能以及相对密度和应变率对压缩变形行为的影响， 发现在相同应变率下随着相对密度的提高，材料的流动应力有明显的增加。Z．Y．Dou等D3通过准静态 于采用同一铝合金基体的复合材料，空一tl,微珠平均直径越小，材料的屈服强度和吸能性越高。空心微 珠／Al复合泡沫材料作为缓冲吸能材料主要承受高速撞击、爆炸等冲击载荷，在冲击载荷下，材料的应 变率一般大于103S～，因此，有必要对高应变率下空心微珠／AL复合泡沫材料的动态压缩力学性能进 的压缩力学性能和吸能性能进行实验研究，分析材料的宏观和微观压缩变形机制。 *收稿日期：2012—08—27；修回日期：2013—02—04 作者简介：张博一(1979一)，男，博士，讲师。 万方数据 第1期 张博一等：空心微珠／AI复合材料的动态压缩力学性能和吸能特性 29 1 实验方案 1．1材料及试件 通过压力渗透技术制备得到空心微珠平均粒径为80 btm的空心微珠／1199A1复合泡沫，材料弹性 模量为16．4 385 GPa，密度为l kg／m3，泊松比为0．14，采用线切割加工技术分别将复合材料切割成尺 mm×30