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23、往復荷載作用下泡沫鋁夾芯梁結構的力學行為研究

需要強調的是：在具體的試驗研究中，通常對試件施加循環有兩種模式：一種是力控制模式，即通過靜態實驗確定極限荷載，然后按照不同的載荷水平進行疲勞試驗的設計和控制，這也是以往絕大多數學者對泡沫鋁夾芯結構疲勞性能的研究模式，力控制模式有利于研究結構尺寸單一的夾芯結構，著重控制載荷水平來研究在不同載荷水平下泡沫鋁夾芯結構的疲勞性能。另一種是位移控制模式，這種模式通常對應于低周疲勞試驗，本次試驗采用的就是位移控制模式，優點在于，把研究的重點集中在結構的尺寸效應對于疲勞性能的影響上，減少了疲勞試驗設計時所需要控制的參數數量。

EI Mahi等人在其研究成果中闡述了兩種不同的控制模式對于預測夾芯結構的壽命的影響。得出在位移控制下，隨著循環次數增加，最大載荷不斷下降的過程。EI Mahi的結果中分為三個階段：(i)剛開始出現的荷載迅速下降的階段；(ii)一段較長時間的荷載維持階段，荷載有小幅下降，也是損傷在結構內部不斷積累的過程；(iii)最后的荷載迅速下降的過程；荷載的下降與彎曲疲勞模量有關。

El Mahi給出的對數擬合方程是：

F_max/F_0max=A_0d-A_dln（n）                (3.4)

其中Aod取決于結構的初始狀態， Aa取決于位移施加的水平和結構的固有特性。此對數擬合方程的描述能夠符合曲線的前兩個階段的變化特性。在開始的第一此循環中，最大的載荷就等于施加的最大荷載F0mx,理論表達變為：

F_max/F_0max=1-A_dln（n）                  (3.5)

其中參數A_0d的變化可以通過測定位移水平并根據以下假定的方程來確定：

A_d=a_odr^ad                          (3.6)

其中aoa和aa是根據材料特性和位移水平來確定的參數，可以通過試驗來確定。這樣荷載和循環次數的表達式就變成：

F_max/F_0max=1-a_odr ^adln（n）              (3.7)

以EL Mahi給出的剛度退化模型為理論基礎，本次疲勞試驗記錄了泡沫鋁夾芯結構的疲勞加載實時動態過程，選取疲勞循環次數較大的F3試樣，用Origin軟件處理實時載荷數據，N代表結構循環加載時最終破壞時對應的壽命；F_omax代表位移控制下的最大載荷。本次試驗只研究了相同的位移水平下的載荷退化分布規律，對于常溫下的三點彎曲疲勞試驗，泡沫鋁夾芯梁結構的載荷退化模式大致包括三個階段，即：

(1)初始載荷下降階段。該階段由于是循環加載初期，伺服疲勞試驗機的作動器上下位移加載，并且通過載荷傳感器識別結構反饋的力。顯著特點是有較明顯的載荷下降。

(2)剛度平穩退化階段。該階段結構承受循環位移，剛度緩慢退化，損傷逐漸積累，退化規律基本呈現直線形式，該階段末期，循環次數接近結構發生斷裂的全部壽命。

(3)突然下降段。載荷值出現突然的下降，結構在預先試驗機設定的載荷結束條件不能滿足的情況下，提前達到破壞，該階段比較短暫，可以從具體的實驗過程中看到結構中部的面板材料與芯材出現斷裂的情況，結構的整體剛度喪失。

可以看出，本次試驗的結果與EI Mahi得到的試驗結果以及理論假設非常吻合。也就是說泡沫鋁夾芯梁結構可以滿足 EI Mahi提出的理論剛度退化模型。需要強調的是，本次往復荷載實驗中，試樣的循環次數普遍沒有達到較高水平。考慮原因可能是，在位移控制條件下，試驗設定的位移循環幅值較大。而A0、B0、C0三個試樣的準靜態測試結果中反映出的彈性階段范圍均比試驗設定的位移控制的幅值要小，所以結構在加載中，塑形變形積累程度較大，對試樣的循環壽命有較大的影響。