泡沫铝填充钢管构件轴向压缩性能研究

　　为了研究泡沫铝填充钢管和纯钢管构件轴向压缩性能，本文以泡沫铝填充钢管与纯钢管为研究对象，通过试验研究探究不同长度泡沫铝填充钢管构件在轴向准静态载荷条件下的承载能力和变化情况;同时通过有限元数值模拟的方法，对纯钢管和填充钢管的承载能力、变形模式、应力分布和能量吸收特性进行对比研究。研究结果证明相比于纯钢管泡沫铝填充钢管在轴力超过极限荷载之后，仍有较大的剩余承载力，整个压缩过程表现为稳态压缩;且填充钢管轴向和侧向变形的幅度较小、钢管的变形无空腔的存在、大应力区也有所减小，轴压下的变形规律性更好，耗能能力更优。

　　何为薄壁钢管?

　　薄壁钢管是指厚度远小于自身长度和宽度的结构，因其良好的吸收能量能力被广泛应用于航空航天和船舶等行业。但是薄壁钢管也存在因壁厚较薄，在轴向和斜向变形的过程中产生变形不稳定的现象，导致能量吸收降低。而将泡沫金属与薄壁金属管结合形成复合材料，一方面可以降低金属管的整体失稳，提高吸收能量的能力;另一方面填充泡沫铝后的钢管耗能能力比单独钢管和泡沫率受压耗能能力总和要多。

　　泡沫铝填充管的压缩性能研究主要是什么?

　　总的来说，对泡沫铝填充管的压缩性能研究主要分为准静态压缩和冲击压缩。张涛等研究了不同截面薄壁圆管的在静态轴向荷载作用下吸能特性。罗昌杰等通过试验研究发现在吸收的能量相等的前提下，与纯钢管相比，泡沫金属填充钢管能减少吸能构件所需的体积与质量。Patel等研究了不同应变率下泡沫填充薄壁管的能量吸收性能，结果表明，应变率与平台应力和能量吸收呈线性增长关系。贾斌等结合光滑质点流体动力学程序进行了超高速撞击数值模拟，发现当泡沫铝处于适当的位置时，填充泡沫铝结构的防护性能优于相同面密度的填充实心铝板结构。桂良进等通过数值模拟研究发现泡沫金属填充圆管的吸能总量是随加载速度的增大而提高。黄志超利用有限元软件系统地分析了薄壁金属圆管与泡沫填充管的长度、壁厚、直径等几何参数，以及泡沫铝的密度、冲击速度等参数在侧向冲击载荷作用下的力学响应及其变形规律与吸能特性。

　　尽管泡沫铝填充钢管在轴压荷载作用下的试验已被研究和分析，但是对不同长度规格构件的耗能能力的系统分析却很少。鉴于此，本文通过试验研究对不同长度规格泡沫铝填充钢管构件进行了承压性能分析，并借助于有限元对比分析了纯钢管和泡沫铝填充钢管的变形特点、应力变化、耗能能力。