材料缺陷對泡沫鋁準靜態壓縮力學性能的影響

池佳豪，陳 震

（上海交通大學海洋工程國家重點實驗室，上海 200240）

0 引 言

航運經濟性要求船舶在安全性滿足要求的前提下具有更輕的結構重量，結構輕量化設計是降低船體重量的有效手段。泡沫鋁材料具有密度小、比強度高等特點，將其作為鋼質夾層板的填充材料，能有效提升夾層板的結構性能，在船舶與障礙物低速撞擊時起到良好的防護作用。因此，研究泡沫鋁材料的壓縮力學性能，開發功能型結構材料，對于船舶結構優化設計而言具有重要意義。當前，國內外關于泡沫鋁壓縮性能的研究大多針對的是無材料缺陷的泡沫鋁，對含有局部大孔、波紋孔壁和孔壁缺失等材料缺陷的泡沫鋁的研究較少。楊永順等和周生波等分別通過試驗和數值模擬研究了孔隙率對無缺陷泡沫鋁壓縮性能的影響，得到了泡沫鋁的彈性模量和屈服應力隨孔隙率的增大而減小的結論。陳旭等通過有限元仿真模擬研究了內部缺陷對泡沫鋁屈服應力的影響，發現缺陷的存在會導致泡沫鋁屈服應力減小。

本文采用數值仿真方法分析局部大孔、孔壁缺失和波紋孔壁等材料缺陷在泡沫鋁二維壓縮中的作用機理，并將模擬結果與泡沫鋁準靜態壓縮試驗結果相對比，研究不同孔隙率下材料缺陷對泡沫鋁二維壓縮性能的降低效應。

1 泡沫鋁計算模型構建

采用二維平面隨機模型研究泡沫鋁壓縮過程中的力學性能，泡沫鋁胞體是基于Voronoi泰森……