·1156 工程科学学报，第38卷，第8期 蜂窝铝 蜂赛铝胞壁弯曲变形 结合处 加载方向 加载方向 聚氨酯 聚氨酯拉伸变形 图3聚氨酯/蜂窝铝复合材料扫描电镜照片.()弯曲的蜂窝铝胞壁：(b)聚氨酯与蜂窝铝结合处；()聚氨酯拉伸变形 Fig.3 SEM images of deformation:(a)curved aluminum honeycomb cell wall:(b)junction of the polyurethane and aluminum honeycomb:(c) tensile deformation of the polyurethane 变化趋势，为更好地说明材料的吸能特性，Josh和 Gruenbaum最早在研究泡沫铝压缩吸能特性时提出 一·聚氨酯填充蜂窝铝 ·聚氨酯 了吸能效率E和理想吸能效率I的概念： ods E= (2) ds =0 (3) UEm 吸能效率E代表吸收能与对应应力的比值，E值 越大，表示在对应的应力处吸能状态越好；理想吸能效 率Ⅰ表示真实材料与理想材料在达到相同应力和应变 时吸收能的比值，即材料的吸能理想程度，I值越大表 10 20 30 应力MPa 示真实材料与理想材料的接近程度越好，吸能特性也 图4吸收能一应力曲线 越接近理想材料.最高理想吸能效率出现在材料的屈 Fig.4 Energy-stress curve 服阶段，最高吸能效率出现在屈服到强化的拐点区域 曾斐等四对这两个指标的应用意义做了进一步评估， 加的幅度越来越大.其原因主要是：应力在3MPa左 吸能效率用以确定在产品设计阶段的最佳工作应力， 右之后，聚氨酯/蜂窝铝复合材料进入屈服阶段，由于 理想吸能效率用以评估哪种材料的吸能性能较好.下 聚氨酯和蜂窝铝的相互作用使蜂窝铝胞壁发生相对于 面取吸能效率一应力曲线进行分析. 单纯蜂窝铝胞壁产生更多弯曲变形：同样，蜂窝铝的胞 图5为单纯聚氨酯与聚氨酯/蜂窝铝复合材料的 壁变形又促使聚氨酯产生更多的（不同方向的）弹性 吸能效率一应力曲线。从图中可以看到，在达到最大吸 变形，即蜂窝铝胞壁的格栅作用破坏了填充在其内部 能效率（即吸能效果最佳点）时，聚氨酯/蜂窝铝复合 聚氨酯自身的整体性，蜂窝铝胞壁对内部聚氨酯的弹 材料和单纯聚氨酯所对应的应力几乎相同，但是复合 性变形的横向阻挡作用大幅减弱，使该复合结构相对 材料的最大吸能效率为0.22，单纯聚氨酯的最大吸能 于纯聚氨酯更易发生变形，吸收能量更多 效率为0.15.这就是说，复合材料的最大吸能效率是 通过积分应力一应变曲线得到的应变能只能在一 单纯聚氨酯的1.47倍.聚氨酯和复合材料相比，复合 定程度上反映材料对外力的响应速度及所吸收能量的 材料有着更好的吸能效率，故蜂窝铝成功的改善了聚工程科学学报，第 38 卷，第 8 期 图 3 聚氨酯/蜂窝铝复合材料扫描电镜照片． ( a) 弯曲的蜂窝铝胞壁; ( b) 聚氨酯与蜂窝铝结合处; ( c) 聚氨酯拉伸变形 Fig． 3 SEM images of deformation: ( a) curved aluminum honeycomb cell wall; ( b) junction of the polyurethane and aluminum honeycomb; ( c) tensile deformation of the polyurethane 图 4 吸收能--应力曲线 Fig． 4 Energy--stress curve 加的幅度越来越大． 其原因主要是: 应力在 3 MPa 左 右之后，聚氨酯/蜂窝铝复合材料进入屈服阶段，由于 聚氨酯和蜂窝铝的相互作用使蜂窝铝胞壁发生相对于 单纯蜂窝铝胞壁产生更多弯曲变形; 同样，蜂窝铝的胞 壁变形又促使聚氨酯产生更多的( 不同方向的) 弹性 变形，即蜂窝铝胞壁的格栅作用破坏了填充在其内部 聚氨酯自身的整体性，蜂窝铝胞壁对内部聚氨酯的弹 性变形的横向阻挡作用大幅减弱，使该复合结构相对 于纯聚氨酯更易发生变形，吸收能量更多． 通过积分应力--应变曲线得到的应变能只能在一 定程度上反映材料对外力的响应速度及所吸收能量的 变化趋势，为更好地说明材料的吸能特性，Josefh 和 Gruenbaum［20］最早在研究泡沫铝压缩吸能特性时提出 了吸能效率 E 和理想吸能效率 I 的概念: E = ∫ εm 0 σm dε σm ． ( 2) I = ∫ εm 0 σm dε σm εm ． ( 3) 吸能效率 E 代表吸收能与对应应力的比值，E 值 越大，表示在对应的应力处吸能状态越好; 理想吸能效 率 I 表示真实材料与理想材料在达到相同应力和应变 时吸收能的比值，即材料的吸能理想程度，I 值越大表 示真实材料与理想材料的接近程度越好，吸能特性也 越接近理想材料． 最高理想吸能效率出现在材料的屈 服阶段，最高吸能效率出现在屈服到强化的拐点区域． 曾斐等［21］对这两个指标的应用意义做了进一步评估， 吸能效率用以确定在产品设计阶段的最佳工作应力， 理想吸能效率用以评估哪种材料的吸能性能较好． 下 面取吸能效率--应力曲线进行分析． 图 5 为单纯聚氨酯与聚氨酯/蜂窝铝复合材料的 吸能效率--应力曲线． 从图中可以看到，在达到最大吸 能效率( 即吸能效果最佳点) 时，聚氨酯/蜂窝铝复合 材料和单纯聚氨酯所对应的应力几乎相同，但是复合 材料的最大吸能效率为 0. 22，单纯聚氨酯的最大吸能 效率为 0. 15． 这就是说，复合材料的最大吸能效率是 单纯聚氨酯的 1. 47 倍． 聚氨酯和复合材料相比，复合 材料有着更好的吸能效率，故蜂窝铝成功的改善了聚 · 6511 ·