空心及PMI泡沫填充鋁波紋夾芯梁沖擊性能實(shí)驗(yàn)研究

于渤,韓賓,倪長(zhǎng)也,劉劍峰,張錢城,盧天健,慈軍,耿麗

(1.西安交通大學(xué)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和材料多學(xué)科研究中心,710049,西安;2.西安交通大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安;3.廣東順德西安交通大學(xué)研究院,528300,廣東佛山;4.東莞市永強(qiáng)汽車制造有限公司,523407,廣東東莞)

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空心及PMI泡沫填充鋁波紋夾芯梁沖擊性能實(shí)驗(yàn)研究

于渤1,2,韓賓1,2,倪長(zhǎng)也1,2,劉劍峰1,2,張錢城1,2,盧天健1,2,慈軍3,耿麗4

(1.西安交通大學(xué)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和材料多學(xué)科研究中心,710049,西安;2.西安交通大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安;3.廣東順德西安交通大學(xué)研究院,528300,廣東佛山;4.東莞市永強(qiáng)汽車制造有限公司,523407,廣東東莞)

為了提高油罐車罐體在沖擊載荷下的強(qiáng)度和耐撞性,提出了兩種三明治結(jié)構(gòu):空心和PMI泡沫填充率波紋夾心結(jié)構(gòu),來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的均質(zhì)結(jié)構(gòu),通過泡沫塊沖擊實(shí)驗(yàn),對(duì)兩種構(gòu)型的三明治夾芯梁的沖擊性能進(jìn)行了研究。通過高速攝影觀察了夾芯梁的變形過程,得出了在不同沖擊速度下同質(zhì)量不同芯體結(jié)構(gòu)的夾芯梁后面板所產(chǎn)生位移的時(shí)程曲線,考察了兩種類型夾芯梁在沖擊載荷下的后面板中點(diǎn)位移及各自的變形特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:空心波紋夾芯梁在速度較高的沖擊載荷作用下,前面板在沖擊區(qū)域發(fā)生撕裂,波紋芯體發(fā)生較大幅度的壓縮;相對(duì)于空心夾芯梁,PMI泡沫填充夾芯梁前面板的撕裂和芯體的壓縮程度大幅減小,但后面板中點(diǎn)位移較空心夾芯梁更大。由于結(jié)構(gòu)的撕裂在罐車的行進(jìn)過程中容易擴(kuò)展并至更嚴(yán)重的破壞,因而填充夾芯結(jié)構(gòu)相對(duì)空心結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢(shì)。

三明治結(jié)構(gòu);泡沫填充;動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)

由罐車碰撞、翻車等引起的嚴(yán)重交通事故近年來在我國屢見不鮮,造成大量的生命和財(cái)產(chǎn)損失。在沖擊載荷作用下,傳統(tǒng)的均質(zhì)板罐體結(jié)構(gòu)由于截面抗彎強(qiáng)度小、能量吸收能力弱等原因,易發(fā)生較大的變形從而引起撕裂和破壞、導(dǎo)致液體泄露、引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。因此,在設(shè)計(jì)新型罐車和罐體結(jié)構(gòu)時(shí),除了考慮輕量化,還需保證其具有一定的剛度、能量吸收和沖擊防護(hù)性能。

相對(duì)于傳統(tǒng)均質(zhì)結(jié)構(gòu),超輕多孔夾芯結(jié)構(gòu)具有更好的剛度、強(qiáng)度、能量吸收能力,兼具減振、隔熱等特性[1],因而在航天航空、交通運(yùn)輸、艦船等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以油罐運(yùn)輸車中的罐體結(jié)構(gòu)為研究背景,考慮采用超輕多孔夾心結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)罐體的輕量化和多功能化設(shè)計(jì),尤其是提高罐車及罐體在碰撞下的安全性。

根據(jù)孔結(jié)構(gòu)的不同,超輕多孔材料可分為兩大類[2]:一類具有無序的隨機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如開孔或閉孔的泡沫材料;另一類具有有序的周期拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括蜂窩、波紋板、金字塔等點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。兩類多孔材料在多個(gè)工程領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。將這兩類多孔材料復(fù)合以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的多功能化,這已成為近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。例如,Yan等將閉孔泡沫鋁填充到不銹鋼波紋板中,發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷下復(fù)合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高于兩種子結(jié)構(gòu)各自壓縮強(qiáng)度之和[3]。在爆炸載荷作用下,Vaziri等從數(shù)值模擬角度證明了填充高分子泡沫的不銹鋼波紋及方孔蜂窩夾芯梁具有不亞于同等質(zhì)量空心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,并可利用泡沫隔聲隔熱的性能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)多功能化[4]。Ni等提出了一種陶瓷填充點(diǎn)陣復(fù)合裝甲結(jié)構(gòu),通過實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)復(fù)合結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)越的抗侵徹性能[5]。田培培等將泡沫和陶瓷材料分別填充到波紋夾芯板和蜂窩夾芯板,利用商用有限元軟件模擬了這些復(fù)合結(jié)構(gòu)的沖擊性能和吸能特性,發(fā)現(xiàn)填充泡沫可以提高結(jié)構(gòu)的能量吸收能力,而填充陶瓷可以提高結(jié)構(gòu)的抗侵徹性能[6]。由于其優(yōu)越的緩沖能力,金屬三明治結(jié)構(gòu)在不同的沖擊載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)被廣泛研究:Yu等通過實(shí)驗(yàn)考察了泡沫鋁夾芯三明治梁在準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲以及低速?zèng)_擊載荷下的性能,發(fā)現(xiàn)在低速?zèng)_擊下結(jié)構(gòu)的變形模式與準(zhǔn)靜態(tài)類似[7];Hanssen等通過數(shù)值模擬研究了泡沫鋁夾芯三明治板在高速鳥撞下的性能[8],結(jié)果表明結(jié)構(gòu)在沖擊位置發(fā)生嚴(yán)重變形并觀察到撕裂穿透的現(xiàn)象。為了評(píng)估結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下的響應(yīng),Radford等提出了一種利用泡沫鋁塊近似模擬沖擊載荷的實(shí)驗(yàn)手段[9],除爆炸波外,還可模擬土壤、泥沙等對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊作用。采用該實(shí)驗(yàn)手段,Radford等系統(tǒng)研究了波紋板、金字塔等金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為[10]。Uth等研究了蜂窩結(jié)構(gòu)在沙土沖擊下的響應(yīng),指出泡沫鋁塊是模擬沙土沖擊的一種理想手段[11]。宋延澤等利用泡沫鋁塊沖擊實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)研究了面板及芯體厚度對(duì)泡沫鋁和蜂窩夾芯板抗沖擊性能的影響[12]。

聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫是一種性能優(yōu)異的閉孔高分子泡沫,胞孔為多邊形且均勻分布、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能無方向性、密度低、可機(jī)械加工,相對(duì)于孔隙更大且胞孔不均勻的金屬泡沫更具綜合優(yōu)勢(shì),在航天航空、高速交通、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。關(guān)于鋁波紋夾芯結(jié)構(gòu)填充PMI泡沫后在局部沖擊作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究,國內(nèi)外未見公開論文發(fā)表。本文采用泡沫鋁塊沖擊實(shí)驗(yàn),考察空心鋁波紋夾芯梁與PMI泡沫填充鋁波紋夾心梁在不同沖量的泡沫鋁塊沖擊下的力學(xué)性能,比較兩種結(jié)構(gòu)的變形模式和特點(diǎn),為新型罐車及罐體結(jié)構(gòu)的抗沖擊設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)和參考。

1 試件制備

空心及PMI泡沫填充鋁波紋夾芯梁試件如圖1所示,本次泡沫鋁塊沖擊實(shí)驗(yàn)共選用10個(gè)試件(見表1)。夾芯梁的上下面板和波紋芯體的材料均采用5052鋁(密度為2 700 kg/m3,彈性模量為70 GPa,屈服強(qiáng)度為140 MPa)。填充物選用PMI泡沫(密度為110 kg/m3,彈性模量為0.1 GPa,平臺(tái)應(yīng)力為3.2 MPa)。

夾芯梁的上下面板厚度相同,長(zhǎng)為340 mm,寬為60 mm。為保證空心夾芯梁和泡沫填充夾芯梁的質(zhì)量基本相同,前者面板的厚度選為1 mm,后者面板的厚度選為0.8 mm。鋁波紋芯體通過切割、冷加工等工藝制成,其腹板厚1 mm,寬60 mm,傾角45°,頂端留有平臺(tái)以便膠結(jié)。波紋芯體的單胞跨度為30 mm,梁的芯體包含7個(gè)單胞(見圖1)。

面板和芯體之間通過環(huán)氧膠粘接后,在0 ℃的恒溫下固化2 h。在空心夾芯梁的基礎(chǔ)上制備泡沫填充夾芯梁時(shí),首先將PMI泡沫切割成與波紋尺寸對(duì)應(yīng)的棱柱,然后將棱柱逐一插入波紋芯體的空隙。

表1 泡沫鋁塊沖擊夾芯梁實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

注:E代表空心試件;F代表填充試件。

(a)無填充

(b)PMI泡沫填充圖1 鋁波紋夾芯梁試件

2 實(shí)驗(yàn)方法

借鑒Radford等的相關(guān)研究成果[6],本文采用空氣動(dòng)力槍發(fā)射泡沫鋁塊沖擊三明治夾芯梁,如圖2所示。截面半徑為18 mm、長(zhǎng)度為54 mm的圓柱形泡沫鋁塊由閉孔泡沫鋁加工而成。泡沫鋁的密度為324 kg/m3(孔隙率0.88),彈性模量為1.3 GPa,平臺(tái)應(yīng)力約為6.7 MPa。空心或填充夾芯梁的兩端(長(zhǎng)75 mm)分別通過4個(gè)螺釘實(shí)現(xiàn)固支邊界條件(見圖2),面板之間通過嵌入鋼制墊塊,可以進(jìn)一步保證固支強(qiáng)度。

泡沫鋁塊經(jīng)由空氣動(dòng)力槍發(fā)射,采用激光測(cè)速儀測(cè)量泡沫鋁塊的入射速度V。泡沫鋁塊垂直作用于夾芯梁前面板中心,使其發(fā)生芯體的壓縮以及縱向的位移變形,后面板中點(diǎn)的變形時(shí)程曲線由激光位移傳感器Micro-epsilon LD-2300測(cè)得。在泡沫鋁塊的沖擊過程中,采用高速攝影拍攝夾芯梁的實(shí)時(shí)變形過程。

圖2 泡沫鋁塊沖擊波紋夾芯梁實(shí)驗(yàn)裝置

3 變形模式

3.1 變形過程

在初速為197 m/s的泡沫鋁塊沖擊下,通過高速攝影記錄的空心夾芯梁(試件E3)的實(shí)時(shí)變形過程如圖3所示。為便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,在實(shí)驗(yàn)前將夾芯梁前后面板的側(cè)面用黑白相間的虛線標(biāo)明。由圖3得,泡沫鋁塊與夾芯梁的前面板在±0.1 ms時(shí)發(fā)生接觸,泡沫鋁塊的可見長(zhǎng)度相對(duì)于原長(zhǎng)有所減小,此現(xiàn)象是由于泡沫鋁塊自身的壓縮、夾芯梁芯體的壓縮及前面板的凹陷所導(dǎo)致,此時(shí)夾芯梁整體上開始產(chǎn)生微小的撓度。0.2 ms時(shí)泡沫鋁塊的可見長(zhǎng)度進(jìn)一步縮短,夾芯梁的前面板發(fā)生顯著凹陷(其輪廓在圖3中用白色虛線標(biāo)出),芯體的進(jìn)一步壓縮使前面板更加靠近后面板,此時(shí)夾芯梁整體開始產(chǎn)生一定的撓度。進(jìn)一步觀察0.3～0.6 ms時(shí)泡沫鋁塊的變形,發(fā)現(xiàn)其可見長(zhǎng)度幾乎不變,這意味著夾芯梁芯體的壓縮過程基本結(jié)束。夾芯梁在泡沫鋁塊沖擊下獲得的一部分動(dòng)能通過芯體壓縮、前面板的凹陷轉(zhuǎn)化為塑性變形能,剩余部分動(dòng)能則促使夾芯梁產(chǎn)生更大的整體撓度。由于泡沫填充波紋夾芯梁的變形過程在時(shí)間尺度上與空心波紋夾芯梁基本相同,這里不再給出夾芯梁的變形過程,兩者的異同將通過最終變形形貌進(jìn)行比較。

圖3 空心波紋夾心梁(試件E3)的變形過程

3.2 變形形貌

(a)V=160 m/s

(b)V=197 m/s

(c)V=242 m/s圖4 空心波紋夾芯梁的變形模式

圖4比較了空心夾芯梁在不同速度泡沫鋁塊沖擊下的最終變形形貌。可以看出,梁的響應(yīng)表現(xiàn)為局部變形和整體變形二者的結(jié)合,部分芯體與面板的連接處出現(xiàn)了脫粘。局部變形的范圍涵蓋兩個(gè)波紋單胞跨度,約為泡沫鋁塊直徑(36 mm)的2倍。局部變形表現(xiàn)為在泡沫鋁塊沖擊的區(qū)域及在其附近發(fā)生的前面板的凹陷、沖擊區(qū)域?qū)?yīng)的波紋芯體的壓縮。整體變形表現(xiàn)為泡沫鋁塊沖擊結(jié)束后夾芯梁整體呈圓弧形。

隨著泡沫鋁塊沖擊速度的增大,夾芯梁的局部和整體變形相應(yīng)增加。速度V=242 m/s時(shí),相對(duì)于較低沖擊速度的情況,梁中心區(qū)域的波紋芯體被完全壓潰,前面板發(fā)生更嚴(yán)重的凹陷,與后面板幾乎接觸,夾芯梁的整體撓度呈現(xiàn)出更大的曲率。

圖5比較了泡沫填充夾芯梁在不同速度的泡沫鋁塊沖擊下的最終變形形貌。泡沫鋁塊沖擊速度較大時(shí),夾芯梁中心部分填充的泡沫發(fā)生斷裂并從波紋的空隙飛出(見圖5b和5c),須從泡沫飛出后的波紋空隙觀察梁中心區(qū)域的芯體壓縮變形情況。與空心梁相比,填充梁的局部變形不如整體變形顯著。由于填充泡沫對(duì)鋁波紋腹板的支撐作用,泡沫鋁塊沖擊區(qū)域的波紋芯體未發(fā)生顯著的屈曲、壓潰現(xiàn)象。相對(duì)局部變形而言,填充梁在整體上仍表現(xiàn)出顯著的圓弧狀撓度。

(a)V=156 m/s

(b)V=201 m/s

(c)V=240 m/s圖5 泡沫填充波紋夾芯梁的變形模式

3.3 面板撕裂

在泡沫鋁塊沖擊附近區(qū)域,空心及填充夾芯梁前面板的變形如圖6所示。由于中心波紋芯體的壓潰,空心梁的前面板發(fā)生顯著的近似圓形的凹陷,泡沫鋁塊的沖擊速度較大時(shí)凹陷更加顯著,這意味著前面板中的面內(nèi)拉伸應(yīng)力更加顯著,當(dāng)面內(nèi)應(yīng)力水平達(dá)到材料的破壞極限時(shí)就會(huì)發(fā)生撕裂。V=211 m/s時(shí),在前面板受泡沫鋁塊沖擊后的凹陷區(qū)域中心已經(jīng)可以觀察到裂紋,裂紋長(zhǎng)度約為梁寬度的1/2;V=242 m/s時(shí),前面板凹陷處的裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展到與梁的寬度相當(dāng),導(dǎo)致前面板發(fā)生嚴(yán)重的撕裂(如圖6a所示)。

(a)無填充

(b)PMI泡沫填充 圖6 不同沖擊速度下鋁波紋夾芯梁前面板中心區(qū)域的變形形貌

與空心梁不同,泡沫填充梁的芯體波紋在PMI泡沫的支撐下未發(fā)生壓潰現(xiàn)象,前面板的中心區(qū)域僅出現(xiàn)對(duì)稱的兩個(gè)半圓形凹陷且凹陷程度較小,因而其面內(nèi)應(yīng)力水平不足以達(dá)到材料的破壞極限。由圖6b可見,即使泡沫鋁塊的沖擊速度達(dá)到240 m/s時(shí),在前面板的沖擊區(qū)域也未產(chǎn)生裂紋或發(fā)生撕裂。在罐車的運(yùn)行過程中,車體的振動(dòng)可能導(dǎo)致裂紋進(jìn)一步地?cái)U(kuò)展以致引起更嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞,故在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡力避免裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展。因此,相較于空心波紋結(jié)構(gòu)而言,泡沫填充結(jié)構(gòu)在罐車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為顯著。

4 后面板中點(diǎn)位移

為了進(jìn)一步比較空心和填充夾芯梁的抗沖擊能力,圖7給出了激光位移傳感器測(cè)得的后面板中點(diǎn)位移隨時(shí)間變化的曲線。可見,在不同沖擊速度下,兩種夾芯梁后面板的中點(diǎn)位移時(shí)程曲線類似,位移在大約1.5 ms時(shí)達(dá)到峰值,說明在這個(gè)階段內(nèi)兩者均完成了與泡沫鋁塊的相互作用以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑性吸能的過程。峰值過后,由于彈性應(yīng)變能的存在,兩者均表現(xiàn)出一定幅度的振動(dòng),但結(jié)構(gòu)和固支裝置的內(nèi)摩擦以及阻尼作用使振動(dòng)逐漸減弱,后面板中點(diǎn)的位移趨向一個(gè)穩(wěn)定值,即永久塑性位移。隨著泡沫鋁塊沖擊速度的提高,空心和填充夾芯梁后面板的峰值位移和永久塑性位移均相應(yīng)增大(見圖7)。

(a)空心波紋夾芯梁

(b)泡沫填充波紋夾芯梁圖7 不同沖擊速度下后面板中點(diǎn)位移隨時(shí)間變化的曲線

在不同速度的泡沫鋁塊沖擊下,圖8比較了空心及泡沫填充夾芯梁在后面板中點(diǎn)處的永久塑性位移。可以看出,無論是空心或泡沫填充梁,其后面板的中點(diǎn)位移均隨泡沫鋁塊單位面積沖量的增加而增大,但兩種夾芯梁的后面板中點(diǎn)位移與入射單位面積沖量的關(guān)系存在一定幅度的上下波動(dòng),分析認(rèn)為,該現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)中夾芯梁的芯體和面板之間出現(xiàn)了位置不固定的隨機(jī)脫粘有關(guān)。盡管如此,從圖8仍可觀察到整體趨勢(shì)為:沖擊載荷一定時(shí),泡沫填充波紋夾芯梁后面板的中點(diǎn)位移大于同樣質(zhì)量的空心波紋夾芯梁的中點(diǎn)位移。

圖8 空心及填充夾芯梁后面板中點(diǎn)永久塑形位移隨入射泡沫鋁塊沖量的變化趨勢(shì)

為了考察脫粘對(duì)夾芯板力學(xué)響應(yīng)的影響,采用商用有限元軟件Abaqus/Explicit進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬細(xì)節(jié)由于篇幅原因?qū)⒘砦年U述。在數(shù)值模擬中,考慮了芯體與面板的兩種連接方式,即理想連接以及前后面板與芯體全部脫粘,圖8給出了相應(yīng)的數(shù)值結(jié)果。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本處于考慮上述兩種情況的數(shù)值模擬結(jié)果之間。就上述兩種連接方式而言,泡沫填充夾芯梁的后面板中點(diǎn)位移均大于同質(zhì)量的空心夾芯梁,該結(jié)果與文獻(xiàn)[3]泡沫填充不銹鋼波紋夾芯梁的結(jié)果有所不同。進(jìn)一步進(jìn)行有限元計(jì)算發(fā)現(xiàn),面板和波紋芯體的材料搭配對(duì)填充泡沫的效果有顯著影響,其機(jī)理將另文探討。

5 結(jié) 論

本文利用泡沫鋁塊沖擊實(shí)驗(yàn),研究了質(zhì)量相同的空心和PMI泡沫填充波紋夾芯梁的抗沖擊性能。在泡沫鋁塊的沖擊下,兩種夾芯梁的力學(xué)響應(yīng)表現(xiàn)為局部變形和整體變形的結(jié)合:局部變形表現(xiàn)為前面板的凹陷和芯體的壓縮,整體變形表現(xiàn)為梁的宏觀撓度,局部變形先于整體撓度的產(chǎn)生。就整體變形而言,泡沫填充梁后面板的永久塑性位移大于空心梁后面板的位移。在前面板中心沖擊區(qū)域,空心梁由于芯體的壓潰發(fā)生嚴(yán)重的凹陷并出現(xiàn)面板撕裂,而泡沫填充梁芯體的壓縮程度相對(duì)較小且無面板撕裂,故后者在油罐運(yùn)輸車罐體結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更為明顯。

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(編輯 趙煒)

Experimental Investigation on Impact Response of Aluminum Corrugated Sandwich Beams with Empty and PMI Foam Filling

YU Bo1,2,HAN Bin1,2,NI Changye1,2,LIU Jianfeng1,2,ZHANG Qiancheng1,2, LU Tianjian1,2,CI Jun3,GENG Li4

(1. Multidisciplinary Research Center for Lightweight Structures and Materials, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 2. State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 3. Guangdong Xi’an Jiaotong University Academy, Foshan, Guangdong 528300, China; 4. Dongguan Yongqiang Vehicles Manufacturing Co., Ltd., Dongguan, Guangdong 523407, China)

Two corrugated aluminum sandwich structures with empty and PMI foam filling are proposed to improve the strength and crashworthiness of oil tank structure under impact loading, and to provide substitutes for traditional monolithic counterpart. Aluminum foam projectile impact test is conducted to investigate the dynamic performance of the sandwich beams with the two proposed configurations. High-velocity photography is employed to capture the features of the beam deflecting process. The deflection history at the mid-span of the back face, as well as the deformation and failure modes, is studied for different sandwich beams with same total weight. Experimental results show that when impact velocities are relatively high, the corrugated core of empty sandwiches is significantly compressed and the front face experiences large scale indentation and severe tearing, whereas both core compression and front face tearing in foam-filled sandwiches are significantly reduced as a result of foam filling. The back face deflection of a foam-filled sandwich is nonetheless larger than that of an empty sandwich. From a realistic point of view, the filled sandwich is preferable compared to the empty sandwich.

sandwich structure; foam filling; impact experiment

2014-06-24。

于渤(1987—),男,博士生;盧天健(通信作者),男,教授,博士生導(dǎo)師。

廣東省科技廳粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目(2011A091200008);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11102152,11072188);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(xjj2011007)。

時(shí)間:2014-10-23

10.7652/xjtuxb201501014

TH117.5

A

0253-987X(2015)01-0086-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20141023.1634.003.html