单调和循环压缩下铝泡沫/聚氨酯穿插相复合材料的机械性能
关键字： 三维增强、机械性能、分析建模、机械测试。
摘要：利用一系列单调和循环压缩试验，研究了铝泡沫（AF）/聚氨酯（PU）穿透相复合材料（AF/PU复合材料）的机械性能。三组AF/PU复合材料是用二度铝的二分之一制备的。单调试验结果表明，AF/PU复合材料的压缩强度随铝体积比例的增加而增加，而由于PU的引入，AF/PU复合材料的失效模式不规则。循环试验结果表明，AF/PU复合材料的可恢复变形源于AF骨架的弹性变形和PU的超弹性变形。在对这些测试结果进行详细分析的基础上，分别开发了AF/PU复合材料的单调和环c-c应力应变模型。通过与相应的单调和循环测试结果的比较，说明了这些拟建模型的效率。
介绍
穿插相复合材料（IPC）因其独特的机械响应而引起了人们对军事和土木工程结构的极大兴趣[1]。IPC的机械性能与传统的复合体（如纤维和颗粒复合材料）完全不同。传统复合材料的特性很大程度上取决于其连续矩阵材料，因为它们的离散和隔离相嵌入在基质材料[2][5]中。但是，穿插相复合材料（IPC）是多相材料，每个组成阶段都形成完全互联和连续的3D网络。因此，穿插相复合材料（IPC）的单个组成可以通过其连续形态[6][10]，为IPC的宏观特性贡献其独特的特性。
研究最多的IPC的两个阶段是金属和陶瓷[11][19]，但陶瓷相为脆性固体，在简单的加载-卸载实验中不表现出明显的滞后现象，不能完全满足土木工程和军事的需要。考虑到聚合物材料的超弹性，将聚合物填充到金属孔隙中形成金属-聚合物IPCs是开发一种力学性能良好的新型高滞回阻尼材料的可能途径[20-24]。在之前的研究中，作者(刘等人，[24])将聚氨酯(PU)注入开孔泡沫铝(AF)支架中，制备了一种金属聚合物IPCs，称为泡沫铝-聚氨酯互穿相复合材料(AF/PU复合材料)，并研究了AF/PU复合材料在不同循环压缩下的阻尼能力。作者（刘等人）。[24])研究发现，AF/PU复合材料能够承受塑料高原阶段的可恢复变形，在抗震结构的滞后阻尼装置中具有良好的应用潜力。一般来说，用于滞后阻尼装置的AF/PU复合材料的设计由finite元素仿真代码执行，通过应力应变曲线的合适近似来对AF/PU复合材料的机械性能进行数学描述。然而，据我们所知，没有现有的应力应变模型来描述AF/PU复合材料的循环压缩性能。
为了提出在滞后阻尼装置上应用的AF/PU复合材料设计的合理应力应变模型，本文对AF/PU复合材料在单调和循环收缩下机械性能进行了进一步的实验研究。与前一项研究相比，本实验研究涉及AF/PU复合材料的机械信息，即应力应变反应、包络曲线、塑性应变和应力恶化。根据实验实验和测试结果，为AF/PU复合材料开发了两种应力应变模型，一种用于单调载荷，另一种用于循环载荷。为简洁起见，'应力应变'一词在本研究中用于表示'轴向应力轴向应变'。
图1.测试试样。（为了解释对图中对颜色的引用，读者可以参考本文的网络版本）
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