·1158 工程科学学报，第38卷，第8期 聚氨酯与蜂窝铝胞壁结合得更好，聚氨酯弹性变形对 1mm孔径复合材料的最大吸能效率为0.21左右 蜂窝铝胞壁弯曲变形的遏制作用更强，故复合结构在 2mm孔径复合材料的最大吸能效率为0.15左右.这 较大的应力下才发生屈服，并产生较多屈服应变，从而 就是说，lmm孔径复合材料的最大吸能效率是2mm 表现出较高、较长的屈服平台 孔径复合材料的1.37倍左右.因此，1mm孔径蜂窝铝 由图6(b)可看出，在相同应力下，吸收能大小为 对聚氨酯的吸能方面的改性效果比2mm孔径蜂窝铝 1mm孔径复合材料>2mm孔径复合材料，图中1mm 明显. 孔径和2mm孔径的复合材料压后形貌图和吸收 2.4加载速率对聚氨酯填充蜂窝铝复合材料的缓冲 能一应力曲线用箭头已对应标出 吸能特性的影响 图6(c)为1mm孔径复合材料与2mm孔径复合 本文对相同尺寸的聚氨酯/蜂窝铝复合材料试样 材料的吸能效率一应力曲线.从图中可以看到，在达到 进行不同压缩速率下的静态压缩试验，以分析静态压 最大吸能效率（即吸能效果最佳点）时，聚氨酯/蜂窝 缩下，压缩速率对复合材料的压缩性能的影响，具体曲 铝复合材料和单纯聚氨酯所对应的应力几乎相同 线见图7. 0.30 (a b 6 0.25 0.20F 10 这0.15 一2mmmin-1 0.10 ---2 mm.min- 一20 mm'min-l -20 mmmin- -----50 mmmin ---50 mm'min! 0.05 100 150 20 40 60 应力MPa 应力MPa 图7不同压缩速率下聚氨酯/蜂窝铝复合材料（孔径为1mm)的比较.(a)吸收能-应力曲线：(b)吸能效率一应力曲线 Fig.7 Comparison of the I mm aperture aluminum honeycomb filled with polyurethane at different compression rates:(a)energy-stress curve:(b) efficiency-stress curve 由图7(a)可知，在应力为8MPa左右之后，加载 一定程度上遏制蜂窝铝胞壁弯曲变形，使聚氨酯/蜂窝 速率越大，相同应力下的吸收能越多.这是因为相同 铝复合材料在较大的应力下才屈服，从而表现出复合 条件下，压缩速率较小时，压缩过程中聚氨酯的弹性变 材料的最大吸能效率是单纯聚氨酯的1.47倍 形会有部分恢复，表现为材料的收缩弹性变形.此弹 (2)由于小孔径蜂窝铝的格栅作用较大孔径蜂窝 性收缩变形作为能量耗散网，势必会减少其总吸收 铝的更强，使压缩过程中蜂窝铝与聚氨酯结合得更好， 能，且压缩速率越大聚氨酯发生的弹性收缩变形越少， 更有利于二者的相互作用，从而使小孔径蜂窝铝复合 能量耗散越少，总吸收能越多. 材料有着较大孔径蜂窝铝复合材料更大的初始刚度和 图7(b)中可以看到，加载速率越大，吸能效率的 更高、更长的屈服平台，进而表现出1mm孔径复合材 峰值越大，在达到最大吸能效率（即吸能效果最佳点） 料的最大吸能效率是2mm孔径复合材料的1.37倍. 时的应力也越大.经计算，2、20和50mm·min'加载 (3)压缩速率越大，压缩过程中材料的弹性收缩 速率下的最大吸能效率分别为0.24、0.26和0.27.由 变形越少，能量耗散越少，吸收能越多.加载速率越 此数据可以看出，在2~50mm·min的加载速率范围 大，吸能效率的峰值越大，在达到最大吸能效率时的应 内，材料的最大吸能效率相差不大 力也越大 3结论 参考文献 (1)聚氨酯/蜂窝铝复合材料表现出明显的弹性 阶段、屈服阶段和压实阶段，蜂窝铝对聚氨酯的格栅作 Qiao W G.Zhang J H.Energy-ubsorbing bumpers for the study of the status quo and developing trends.Automot Technol,2009,27 用减缓了聚氨酯的横向变形速率，使聚氨酯的变形回 (1):9 复降低25%.聚氨酯的超弹性和体积不可压缩性，在 (乔维高，张金虎。吸能式保险杠的研究现状及发展趋势.汽工程科学学报，第 38 卷，第 8 期 聚氨酯与蜂窝铝胞壁结合得更好，聚氨酯弹性变形对 蜂窝铝胞壁弯曲变形的遏制作用更强，故复合结构在 较大的应力下才发生屈服，并产生较多屈服应变，从而 表现出较高、较长的屈服平台． 由图 6( b) 可看出，在相同应力下，吸收能大小为 1 mm 孔径复合材料 ＞ 2 mm 孔径复合材料，图中 1 mm 孔径 和 2 mm 孔 径 的 复 合 材 料 压 后 形 貌 图 和 吸 收 能--应力曲线用箭头已对应标出． 图 6( c) 为 1 mm 孔径复合材料与 2 mm 孔径复合 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． 1 mm 孔径复 合 材 料 的 最 大 吸 能 效 率 为 0. 21 左 右， 2 mm孔径复合材料的最大吸能效率为 0. 15 左右． 这 就是说，1 mm 孔径复合材料的最大吸能效率是 2 mm 孔径复合材料的 1. 37 倍左右． 因此，1 mm 孔径蜂窝铝 对聚氨酯的吸能方面的改性效果比 2 mm 孔径蜂窝铝 明显． 2. 4 加载速率对聚氨酯填充蜂窝铝复合材料的缓冲 吸能特性的影响 本文对相同尺寸的聚氨酯/蜂窝铝复合材料试样 进行不同压缩速率下的静态压缩试验，以分析静态压 缩下，压缩速率对复合材料的压缩性能的影响，具体曲 线见图 7． 图 7 不同压缩速率下聚氨酯/蜂窝铝复合材料( 孔径为 1 mm) 的比较． ( a) 吸收能--应力曲线; ( b) 吸能效率--应力曲线 Fig． 7 Comparison of the 1 mm aperture aluminum honeycomb filled with polyurethane at different compression rates: ( a) energy-stress curve; ( b) efficiency-stress curve 由图 7( a) 可知，在应力为 8 MPa 左右之后，加载 速率越大，相同应力下的吸收能越多． 这是因为相同 条件下，压缩速率较小时，压缩过程中聚氨酯的弹性变 形会有部分恢复，表现为材料的收缩弹性变形． 此弹 性收缩变形作为能量耗散［22］，势必会减少其总吸收 能，且压缩速率越大聚氨酯发生的弹性收缩变形越少， 能量耗散越少，总吸收能越多． 图 7( b) 中可以看到，加载速率越大，吸能效率的 峰值越大，在达到最大吸能效率( 即吸能效果最佳点) 时的应力也越大． 经计算，2、20 和 50 mm·min － 1 加载 速率下的最大吸能效率分别为 0. 24、0. 26 和 0. 27． 由 此数据可以看出，在 2 ～ 50 mm·min － 1的加载速率范围 内，材料的最大吸能效率相差不大． 3 结论 ( 1) 聚氨酯/蜂窝铝复合材料表现出明显的弹性 阶段、屈服阶段和压实阶段，蜂窝铝对聚氨酯的格栅作 用减缓了聚氨酯的横向变形速率，使聚氨酯的变形回 复降低 25% ． 聚氨酯的超弹性和体积不可压缩性，在 一定程度上遏制蜂窝铝胞壁弯曲变形，使聚氨酯/蜂窝 铝复合材料在较大的应力下才屈服，从而表现出复合 材料的最大吸能效率是单纯聚氨酯的 1. 47 倍． ( 2) 由于小孔径蜂窝铝的格栅作用较大孔径蜂窝 铝的更强，使压缩过程中蜂窝铝与聚氨酯结合得更好， 更有利于二者的相互作用，从而使小孔径蜂窝铝复合 材料有着较大孔径蜂窝铝复合材料更大的初始刚度和 更高、更长的屈服平台，进而表现出 1 mm 孔径复合材 料的最大吸能效率是 2 mm 孔径复合材料的 1. 37 倍． ( 3) 压缩速率越大，压缩过程中材料的弹性收缩 变形越少，能量耗散越少，吸收能越多． 加载速率越 大，吸能效率的峰值越大，在达到最大吸能效率时的应 力也越大． 参 考 文 献 ［1］ Qiao W G，Zhang J H． Energy-absorbing bumpers for the study of the status quo and developing trends． Automot Technol，2009，27 ( 1) : 9 ( 乔维高，张金虎． 吸能式保险杠的研究现状及发展趋势． 汽 · 8511 ·