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第23卷 第6期爆炸与冲击V ol.23,No.6 2003年11月EXPLO SION A ND SHOCK WAV ESNov., 2003文章编号:1001-1455(2003)06-0516-07爆炸荷载下泡沫铝材料中冲击波衰减特性的实验和数值模拟研究王永刚1,胡时胜2,王礼立1(1.宁波大学力学与材料科学研究中心,浙江宁波 315211;2.中国科学技术大学力学和机械工程系,安徽合肥 230026)摘要:通过实验和数值模拟对泡沫铝中冲击波传播特性进行了研究,结果表明:冲击波在泡沫铝中传播时显示明显的衰减特性;与此同时波头升时逐渐增加。
这种衰减耗散特性主要来源于泡沫铝本身的本构粘性效应,而追赶卸载效应又会进一步促进冲击波的衰减。
这为泡沫铝作为新型抗冲击缓冲材料提供设计基础。
关键词:固体力学;冲击波衰减;P VDF 压电计;泡沫铝;爆炸载荷中图分类号:O347.4 国标学科代码:130 1575 文献标志码:A1 引 言多孔泡沫材料作为一种新型的工程材料,已被广泛地应用于易损物品的缓冲吸能包装、各类结构物抗爆炸耐冲击防护等,越来越受到航空航天、包装运输、军事防护等各领域的重视。
除已广泛应用的泡沫塑料,不同泡孔尺寸及孔隙率的多孔泡沫铝在我国已形成产业化生产。
有关泡沫铝材料在准静态和动态加载条件下的压缩行为和能量吸收机理问题,已经有了多方面的研究,并取得了初步研究成果[1~3]。
但对于爆炸载荷作用下冲击波压力传播衰减问题,研究还不多。
A.G.Evans 等[4]曾对泡沫铝的抗爆性能提出如图1所示的模型,但对于一定的爆轰波需要多厚的泡沫铝防护层,仅从能量吸收角度利用经验公式进行了推算,而对泡沫铝中波传播特性对抗爆缓冲的影响尚图1 泡沫铝的抗爆模型F ig.1 Resistance blast model of aluminum foams未进行深入的研究。
实际上,冲击波在泡沫铝材料中的传播特性,既是泡沫铝动态本构特性在结构中的重要表现形式,又是评价其抗冲击防护性能的基础,对爆炸防护设计有重要的参考和应用价值,因此进一步研究此类材料对冲击波的衰减特性显得尤为重要。
闭孔泡沫铝的动态压缩力学性能试验研究泡沫铝作为一种多孔金属材料,相比于传统的金属和有机材料,具有质轻以及更强的吸能能力等优点,使其在交通和航空航天领域被广泛使用。
随着民用建筑抗爆研究的开展,泡沫铝作为吸能材料,逐渐用于减轻爆炸冲击波对建筑主体结构的作用。
为了揭示泡沫铝的减爆作用机理,完善其减爆设计理论与方法,亟需对泡沫铝材料在高应变率下的力学性能进行系统研究。
本文利用实验室的INSTRON高速动力加载系统,开展了闭孔泡沫铝材料在高应变率下的动态压缩力学性能试验研究,主要内容和结论如下:(1)结合以往的试验研究成果制备出合适尺寸的闭孔泡沫铝试件。
对霍普金森压杆(SHPB)试验技术以及直接撞击试验技术的应用进行了总结,并介绍了其试验原理及假定。
对实验室INSTRON高速动力加载系统进行了介绍,并根据试验设备的性能参数和工作原理,通过在作动器中加入一段“刚度足够大的可破坏的”有机玻璃(PMMA)管,可以解决INSTRON在高速压缩过程中存在的减速段问题,使其适用于闭孔泡沫铝的动态压缩试验。
(2)为了研究闭孔泡沫铝高速压缩试验中的惯性效应,采用改进的INSTRON 高速动力加载系统,并利用正向试验和反向试验技术对15、30mm厚的闭孔泡沫铝试件进行试验研究。
结果表明试件越厚,闭孔泡沫铝在高速压缩试验中的惯性效应越明显;在加载速度确定的情况下,通过设计合适的试件厚度,可以消除泡沫铝高速压缩试验中惯性效应的影响。
(3)基于惯性效应试验的研究结果,选用15mm厚的闭孔泡沫铝试件进行了10~1000s-1应变率下的高速压缩试验,并采用吸能效率法处理试验数据。
结果表明在高速压缩下,闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同,具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。
闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应,而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势,初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。
《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，新型材料的研究与应用在各个领域中显得尤为重要。
其中，泡沫铝合金作为一种轻质、高强度、且具备良好吸能特性的材料，在汽车、航空航天、建筑等领域有着广泛的应用前景。
本文旨在研究泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理，以期为相关领域的应用提供理论依据。
二、泡沫铝合金的动态力学性能研究1. 实验材料与方法本研究采用不同密度的泡沫铝合金作为研究对象，通过动态力学测试设备进行实验。
在实验过程中，对泡沫铝合金进行不同速度的冲击，以获取其动态力学性能数据。
2. 实验结果与分析（1）应力-应变曲线分析通过对泡沫铝合金进行动态力学测试，得到其应力-应变曲线。
从曲线中可以看出，泡沫铝合金在受到冲击时，具有较高的能量吸收能力。
在低速冲击下，泡沫铝合金表现出较好的塑性和韧性；而在高速冲击下，其应力-应变曲线呈现出明显的平台效应，表明其具有较好的能量吸收性能。
（2）能量吸收性能分析通过对不同密度、不同速度下的泡沫铝合金进行动态力学测试，发现其能量吸收能力与密度和冲击速度密切相关。
在低速冲击下，密度较高的泡沫铝合金具有更好的能量吸收能力；而在高速冲击下，密度较低的泡沫铝合金则表现出更好的吸能效果。
此外，泡沫铝合金的能量吸收能力还与其内部结构、材料组成等因素有关。
三、泡沫铝合金的吸能机理研究1. 吸能机理概述泡沫铝合金的吸能机理主要与其内部结构、材料组成及冲击过程中的变形行为有关。
在受到冲击时，泡沫铝合金内部的孔洞结构能够产生较大的变形，从而吸收大量的能量。
此外，其材料组成中的合金元素也能提高其强度和韧性，进一步增强其吸能能力。
2. 吸能过程分析在低速冲击下，泡沫铝合金主要通过孔洞的压缩、剪切和屈曲等变形行为来吸收能量。
而在高速冲击下，其吸能过程则更加复杂，涉及到材料的动态响应、能量传递与耗散等多个方面。
此外，泡沫铝合金在吸能过程中还会产生一定的热效应和声发射等现象。
泡沫弹高速撞击下复合材料夹层板的动态力学响应仿真与实验研究泡沫弹高速撞击下复合材料夹层板的动态力学响应仿真与实验研究，听起来是不是有点复杂？别急，让我慢慢给你说，保证让你听得懂，而且还能带点小乐趣。
你知道吗，这种“泡沫弹高速撞击”的研究其实跟我们的日常生活息息相关，虽然它听起来有点像科幻电影里的情节，但实际上是非常接地气的！想象一下，飞机的机翼、汽车的防撞结构，甚至航天器的外壳，很多时候都用到一种材料——复合材料。
说白了，就是把不同的材料拼凑在一起，既能轻巧，又能强韧，听着是不是有点像给自己做了一件“超能战衣”？但要注意，复合材料其实不像它看起来那么完美，碰到高速撞击的时候，它们的表现就像是一个正在做高难度舞蹈的舞者，一不小心就会出问题。
所以，搞清楚这些材料在撞击下的动态力学响应，变得尤为重要。
先说说泡沫弹。
泡沫弹，高速撞击下的表现，基本上就是“轻柔”地去撞击目标，虽然名字里有“泡沫”二字，但绝不是你想象中的那种软乎乎的东西。
这种泡沫弹在实验中被当做冲击物体，飞速撞击复合材料夹层板的表面，研究它能给我们带来什么启示呢？它能告诉我们：复合材料在碰撞瞬间的响应有多快、力量有多大、裂纹传播有多迅猛。
这就像你打羽毛球时，羽毛球拍和羽毛接触的瞬间，球拍的反应快不快、力道大不大，决定了羽毛球飞得远不远，飞得准不准。
而复合材料夹层板的动态响应就像是羽毛球拍的反应，研究的关键在于，泡沫弹撞击后，复合材料夹层板内部发生了什么变化？材料的外层会发生变形，形变越大，可能就意味着它的抗撞击能力不行了。
然后，里面的层次结构就开始发挥作用。
夹层板一般是由几层不同材料组成的，外面可能是坚硬的碳纤维，中间可能是像泡沫一样轻的东西。
泡沫弹撞击后，中间的泡沫层能有效吸收部分撞击能量，减少外层材料的压力，就像你撞到一张沙发一样，沙发给你缓了缓，撞击没有那么疼。
好啦，说到这里，可能你已经开始好奇了，这么复杂的东西，咱们怎么才能知道它到底怎么“反应”呢？这时候，仿真模拟就派上用场啦！通过计算机模型，咱们可以在虚拟世界里“模拟”出泡沫弹撞击的全过程，观察夹层板如何在各种撞击下变形，裂纹如何传播。
《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，新型材料的研究与应用逐渐成为科研领域的重要课题。
其中，泡沫铝合金作为一种轻质、高强度的材料，在汽车、航空航天、建筑等领域具有广泛的应用前景。
其独特的结构使得该材料在承受动态冲击时，表现出良好的吸能特性。
本文将就泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理展开深入研究，旨在为该材料在实际应用中的优化提供理论支持。
二、泡沫铝合金的动态力学性能泡沫铝合金的动态力学性能主要表现在其抗冲击性能和能量吸收能力。
在受到动态冲击时，泡沫铝合金能够通过内部结构的变形来吸收大量的能量，从而保护结构不受损坏。
1. 实验方法为研究泡沫铝合金的动态力学性能，我们采用了落锤冲击实验和SHPB（Split Hopkinson Bar）实验等方法。
通过改变冲击速度和样品尺寸，观察并记录泡沫铝合金在受到不同强度冲击时的变形和能量吸收情况。
2. 实验结果实验结果表明，泡沫铝合金在受到动态冲击时，表现出良好的抗冲击性能和能量吸收能力。
随着冲击速度的增加，泡沫铝合金的变形程度逐渐增大，但并未出现明显的破坏现象。
同时，该材料在吸收能量的过程中，表现出较高的能量吸收效率和稳定的吸能性能。
三、泡沫铝合金的吸能机理泡沫铝合金的吸能机理主要源于其独特的内部结构和材料特性。
在受到冲击时，泡沫铝合金通过内部结构的变形和能量传递，将冲击能量转化为热能和弹性势能，从而实现能量的吸收。
1. 结构特性泡沫铝合金的内部结构由大量的封闭孔洞组成，这些孔洞在受到冲击时能够发生变形和坍塌。
在变形过程中，孔洞之间的相互作用和能量的传递使得材料能够吸收大量的能量。
此外，泡沫铝合金中的合金元素也对其吸能性能起到了重要的影响。
2. 能量传递与转化在受到冲击时，泡沫铝合金通过内部结构的变形和能量的传递，将冲击能量从表面传递至材料内部。
在这个过程中，材料的孔洞发生坍塌和重新排列，将冲击能量转化为热能和弹性势能。
基于Taylor实验及理论分析的泡沫铝动态冲击特性研究庞宝君;郑伟;陈勇【摘要】泡沫铝是一种优异的结构材料,有着广泛的应用前景,研究其冲击动力学性能具有重要的理论意义及工程应用价值.Taylor冲击实验主要利用圆柱弹体撞击刚性墙来获取弹体材料的动态响应数据,是一种重要的动态实验手段,在实体金属领域较为成熟.由于泡沫铝自身的可压缩性,经典Taylor理论无法适用,在一定假设基础上基于实验数据建立了针对泡沫铝动态冲击响应的Taylor分析模型,并验证了模型的有效性.实验结果表明:Taylor冲击后,泡沫铝子弹变形段平均密度随撞击速度的增加而增加,且当撞击速度大于110m/s时,其增长趋于平缓；泡沫铝子弹剩余长度随撞击速度的增加而减小,且近似呈线性关系.%As an excellent structural material,aluminum foam has extensive application prospects.Studying dynamic impact performance of aluminum foam has a theoretical significance and engineering value.Taylor impact test using,a cylinder projectile to impact a rigid target to acquire dynamic response data of an elastic meterial is an important dynamic test method with wide application in solid metal field.Due to the compressibility of aluminum foam,the classical Taylor theory is not applicable.Here,based on a certain assumption and test data,a Taylor analysis model for dynamic impact response of aluminum foam was built,the effectiveness of this model was verified.The test results showed that the mean density of the deformed region of the aluminum foam projectile increases with increase in impact velocity,and the rising tendency becomes gentle when impact speed isgreater than 110m/s; mean while,with increase in impact velocity,the residue length of the aluminum foam projectile almost linearly decreases.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2013(032)012【总页数】5页(P154-158)【关键词】多孔材料;泡沫铝;Taylor实验;动态冲击响应【作者】庞宝君;郑伟;陈勇【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】O347.1泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征，一般情况下泡沫铝以铝合金为基体。
《冲击载荷下泡沫铝夹芯防护结构的侵彻动力学行为研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和现代战争的需求，防护结构的设计和优化变得越来越重要。
在众多防护材料中，泡沫铝夹芯防护结构因其良好的吸能性能和较高的冲击韧性而备受关注。
本文将针对冲击载荷下泡沫铝夹芯防护结构的侵彻动力学行为进行研究，旨在揭示其侵彻机制、能量吸收特性和结构优化方法。
二、文献综述在过去的几十年里，国内外学者对泡沫铝材料及其在防护结构中的应用进行了广泛的研究。
泡沫铝因其优良的物理性能，如低密度、高比表面积、良好的吸能性能等，被广泛应用于冲击防护领域。
泡沫铝夹芯防护结构以其独特的结构形式，在抵御冲击、减少破坏等方面表现出较好的性能。
然而，关于其在冲击载荷下的侵彻动力学行为，仍需进一步研究。
三、研究内容1. 实验设计为了研究冲击载荷下泡沫铝夹芯防护结构的侵彻动力学行为，本文设计了一系列实验。
实验中采用不同厚度的泡沫铝夹芯板，以及不同速度、不同形状的侵彻体进行冲击试验。
同时，为了对比分析，还设置了其他类型防护结构的实验。
2. 实验结果通过实验，我们观察了泡沫铝夹芯防护结构在冲击载荷下的变形过程、能量吸收情况和侵彻体的穿透情况。
实验结果表明，泡沫铝夹芯防护结构具有良好的吸能性能和抗侵彻能力。
同时，我们还发现，不同厚度的夹芯板对侵彻体的抵抗能力有所不同，较厚的夹芯板能更好地抵御高速侵彻体的穿透。
3. 数据分析与讨论通过对实验数据的分析，我们发现在冲击过程中，泡沫铝夹芯板能够有效地吸收侵彻体的能量，降低其穿透力。
此外，我们还发现夹芯板的厚度、侵彻体的速度和形状等因素都会对侵彻动力学行为产生影响。
同时，我们分析了泡沫铝材料的力学性能和结构特性对侵彻行为的影响机制。
四、侵彻动力学行为分析1. 侵彻机制分析在冲击过程中，泡沫铝夹芯板通过塑性变形和能量耗散来抵抗侵彻体的穿透。
当侵彻体与夹芯板接触时，夹芯板发生局部变形，吸收部分能量；同时，夹芯板内部的泡沫铝材料通过塑性流动和断裂来消耗能量。
《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，泡沫铝合金作为一种新型的轻质材料，因其独特的物理和力学性能在多个领域得到广泛应用。
尤其在涉及高强度冲击、震动以及能量吸收的场景中，泡沫铝合金的性能尤为重要。
因此，研究其动态力学性能及其吸能机理具有重要的学术价值和实践意义。
本文旨在探讨泡沫铝合金在动态条件下的力学性能及吸能机理，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、泡沫铝合金的动态力学性能泡沫铝合金的动态力学性能主要包括其承受冲击、振动等动态载荷时的力学响应和变形行为。
通过一系列的动态力学实验，可以获得泡沫铝合金在不同冲击速度、不同温度等条件下的应力-应变曲线，从而分析其动态力学性能。
在实验中，我们采用了高速冲击试验机、振动试验机等设备，对泡沫铝合金进行了不同条件下的动态力学测试。
实验结果表明，泡沫铝合金在受到冲击时具有较好的能量吸收能力，且其应力-应变曲线呈现出典型的塑性变形特征。
此外，我们还发现泡沫铝合金的动态力学性能与其组成成分、孔隙率、孔径大小等因素密切相关。
三、泡沫铝合金的吸能机理泡沫铝合金的吸能机理主要涉及材料的微观结构和能量吸收过程。
在受到冲击或振动时，泡沫铝合金内部的孔隙结构能够有效地吸收和分散能量，从而保护材料本身不受损伤。
此外，其塑性变形行为也为其提供了良好的能量吸收能力。
具体而言，当泡沫铝合金受到外力作用时，其内部的孔隙结构会发生压缩、剪切等变形行为，从而消耗大量的能量。
同时，由于泡沫铝合金的孔隙结构具有较好的韧性和延展性，使得其在变形过程中能够承受较大的能量输入。
此外，泡沫铝合金的塑性变形行为也有助于其吸能能力的提高。
四、研究方法及结果分析为了深入探究泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理，我们采用了多种研究方法。
首先，通过理论分析，建立了泡沫铝合金的力学模型，为后续的实验研究提供了理论依据。
其次，我们利用扫描电子显微镜等设备对泡沫铝合金的微观结构进行了观察和分析，为其吸能机理的研究提供了有力支持。
金属材料的动态力学行为研究引言：金属材料是广泛应用于建筑、航空航天、汽车等各个领域的重要材料之一。
在实际应用中，金属材料通常会在高速冲击、爆炸等极端环境下受到动态力学载荷的作用。
因此，研究金属材料在动态载荷下的力学行为对于材料的设计与性能优化具有重要意义。
一、动态力学行为的实验研究为了研究金属材料在动态载荷下的力学行为，科学家进行了大量的实验研究。
其中，最常用的手段是冲击试验和爆炸试验。
1.1 冲击试验冲击试验主要通过在材料上施加冲击载荷来模拟金属材料在高速冲击下的受力情况。
常见的冲击试验方法包括冲击试验机和冲击落锤试验。
通过这些试验方法，可以获取金属材料的冲击强度、应变率敏感性、应力波传播等动态力学行为参数。
1.2 爆炸试验爆炸试验是模拟金属材料在爆炸冲击下的受力情况。
通过在金属样品附近引爆炸药，科学家可以观察到材料的破裂、变形等情况，并进一步分析其动态力学行为。
爆炸试验能够模拟出更为极端的载荷情况，对于理解金属材料在爆炸环境中的响应行为具有重要意义。
二、动态力学行为的数值模拟方法为了更深入地理解金属材料在动态载荷下的力学行为，科学家还开展了大量的数值模拟研究。
常用的数值模拟方法包括有限元法、分子动力学模拟、抗震力学分析等。
2.1 有限元法有限元法是一种将实际材料分割成许多小单元，在每个小单元内近似求解力学问题的方法。
通过有限元法的数值计算，可以获得金属材料在动态载荷下的应力、应变分布，从而进一步了解其应力集中、破裂扩展等动态力学行为。
2.2 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种能够模拟材料原子尺度行为的方法。
通过分子动力学模拟，可以揭示金属材料在动态载荷下的微观行为，如变形机制、位错运动等。
分子动力学模拟能够提供直观的原子尺度信息，对于金属材料的动态力学行为研究具有重要价值。
2.3 抗震力学分析抗震力学分析是一种用于分析结构在地震等动态载荷下受力行为的方法。
虽然抗震力学分析主要应用于建筑结构等领域，但其所涵盖的动态力学行为原理同样适用于金属材料的研究。
泡沫铝材料抗爆炸冲击问题研究综述摘要：为对泡沫铝材料在抗爆炸冲击方面应用的相关研究有全面的了解，本文从泡沫铝材料抗爆炸冲击问题所涉及到的材料本身动力学特性、材料内部冲击波传播规律和常见的抗爆炸冲击应用的材料结构形式—含泡沫铝的多层结构的抗爆特性三方面出发，对泡沫铝在爆炸冲击作用下的动力学问题的研究现状进行梳理和评价。
研究可为泡沫铝在抗爆炸冲击方面的进一步应用提供有益的借鉴。
关键词：泡沫铝爆炸冲击多层结构1前言泡沫金属材料作为一种含有无序微结构的高孔隙率、低密度的超轻多孔金属材料，具有承载、传热、降噪、电磁屏蔽、减振、吸能等多功能特性。
特别是其在静态和动态载荷下表现出应力平台效应，能吸收大量压缩能量，从而具备优良的缓冲吸能性能，故在军用车辆、舰船以及防护工程结构等防爆炸冲击方面受到广泛的关注。
但在近二十年来对其力学行为所展开的广泛和深入的研究当中，以准静态加载条件下的力学行为研究最为充分，高加载速率、高应变率的动态加载条件下的材料力学行为较为复杂，研究难度也较大。
国内外对泡沫铝材料在爆炸冲击载荷作用下相关问题的研究，主要集中在材料本身的动力学行为（即在冲击作用下，材料变形和失效机制等）和材料内部冲击波的传播两个方面。
本文将从这两方面出发，对泡沫铝在爆炸冲击作用下的动力学问题的研究现状进行梳理，并对其常见应用形式—含泡沫铝的多层结构的抗爆特性展开评述，为泡沫铝在抗爆炸冲击方面的应用提供有益的借鉴。
2爆炸冲击作用下泡沫铝材料动态力学行为研究2.1泡沫铝材料动态应力-应变行为爆炸冲击作用下的泡沫铝材料的动态应力-应变行为的研究主要借助SHPB等试验方法对材料进行动态冲击加载获取相应的应力-应变曲线。
与静态加载条件下的材料应力-应变行为的研究结果不同，泡沫铝动态应力-应变行为的研究，国内外不同学者存在不同的研究结论，甚至是相反的。
大体而言，对于泡沫铝动态压缩力学应力-应变曲线整体特性的描述基本一致，即其应力-应变曲线表现出三个显著的阶段：线弹性区、屈服平台区和致密固化区，这也是高孔隙率泡沫铝材料具有良好吸能特性的原因所在。
但对于泡沫铝动态应力-应变曲线是否与加载应变率相关，则存在不同看法。
如Deshpande和Fleck2000[1]等人在早期采用传统的分离式hopkinson压杆对泡沫铝所做的高应变率（5000s-1）条件下的冲击压缩试验结果表明高应变率范围内材料的应力应变曲线与静态曲线相似，故认为泡沫铝材料对应变率不敏感。
国内王青春等2004[2]、王志华等2006[3]、郭国伟等2008[4]对孔泡沫铝进行的中等应变率以下的冲击试验，也认为试验所考察的泡沫铝材料的应力-应变曲线与应变率关系不大。
与上述研究结论不同，Dannemann2000[5]等采用与Deshpande等人完全相同的实验技术和泡沫铝试件，进行的冲击试验结果却表明泡沫铝的动态力学行为是与应变率相关的。
国内曾斐2002[6]、胡时胜2003[7]、王永刚2003[8]、田杰2006[9]等对SHPB实验技术进行了改进，较系统地研究了泡沫材料的动态力学性能，对泡沫铝的应变率敏感性进行了讨论，认定这种材料是应变率敏感材料。
这种敏感性主要是由于泡孔的变形特性产生的。
泡沫材料变形的局部化、微观惯性和致密性导致其压垮应力明显提高，基体的应变率效应及泡孔的形状大小并不能对泡沫材料应变率敏感起主导作用。
图1、2所示的不同应变率条件下的泡沫铝应力应变曲线即证明了材料应变率敏感的特性。
图1 工业纯铝泡沫材料不同应变率条件下的应力应变曲线[9] 图2铝镁合金泡沫材料不同应变率条件下的应力应变曲线[9]Fig1. Stress-strain curves at different strain rate of commercially Fig2.Stress-strain curves at different strain rate of Al-Mg alloy foam[9].pure aluminum foam[9].程和法等2003[10]对开孔泡沫铝的动态性能采用SHPB试验装置进行了试验研究，发现开孔泡沫动态应力应变曲线以及材料的应变率敏感性均与闭孔泡沫铝材料具有类似特点。
康颖安等2006[11]对不同相对密度的泡沫铝的动态压缩实验则表明开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝的应变率敏感性存在差异，闭孔泡沫铝的应变敏感程度较差。
张健等2010[12]在0.001s-1至2500s-1的应变率范围内对闭孔泡沫铝进行了压缩实验，发现泡沫铝的应变率敏感性与孔隙率和基体材料的应变率敏感性有关系。
综上所述，泡沫铝材料动态加载条件下的应力应变行为的研究尚未形成完全统一的认识。
造成这种对动态加载条件材料应变率敏感性认识存在差异的可能有以下两个方面的原因：第一，由于泡沫铝具有低阻抗和低声速的特点，采用传统的SHPB压杆测试技术测试样品难以满足均匀应力状态的假设，且透射波信号辐值很低，故难以获得泡沫材料可靠的动态应力-应变响应。
早期研究者得出的相反研究结论的原因很可能与此直接相关。
第二，采用SHPB对泡沫铝材料进行动态加载试验时，假定材料内部应变均匀。
而事实上由于泡沫铝材料内部不规则微结构的存在，这个假定大部分情况下都不成立。
S. Nemat-Nasser2007[13]采用SHPB 试验装置和高速摄像装置研究了动态加载条件下的泡沫铝材料的动力学行为。
发现高速冲击速度下，泡沫铝材料中出现了非均匀性变形。
这说明在冲击载荷作用下，材料内部应变分布是非均匀的。
这进一步证明泡沫铝材料细微孔洞结构因素对宏观动力学响应是有影响的。
杨宝2012[14]利用SHPB－高速摄影机系统，拍摄到了泡沫铝细观结构在冲击过程中的变形，分析了试件的应变分布及破坏模式。
泡沫铝样品不同区域的应变分布结果如图3、4所示。
图3 泡沫铝试件表面测点布置示意图[14] 图4 泡沫铝试件表面不同测点区域的平均应变[14]Fig3. Arrangement of test points on the surface of aluminum foam specimen[14]. Fig4.Average strain-time at the different test point on thesurface of aluminum foam specimen[14].图4结果表明泡沫铝试件在SHPB冲击过程中应变分布是不均匀的，试件两端的应变和应变率远大于中间部分的应变和应变率，即在SHPB实验过程中泡沫铝试件不能严格满足均匀性变形假定。
因此，需要考虑对用SHPB方法测量泡沫铝动态力学性能方法进行必要的修正。
上述试验研究表明，要更精确描述泡沫铝在动载条下的应力应变行为，必须要考虑其材料细观结构因素。
第三，研究者所采用的泡沫铝试件存在制作工艺上的差异,再加上实验过程中的测量误差等不可控因素也会对泡沫铝的力学行为产生较大影响，从而使研究者得出不尽相同的结论。
但目前从统计结果看，认为泡沫铝材料动态应力应变曲线与应变率相关的研究结论占多数。
2.2泡沫铝材料本构模型早期的泡沫铝材料本构模型的研究仍然采用连续均匀介质材料力学的研究方法，不考虑材料的细微结构，借助于准静态、动态加载下的材料应力应变曲线，唯象表征出泡沫铝材料的宏观力学行为特征，多采用弹塑性的材料本构模型。
如Gibson和Ashby1997[15]提出的蜂窝材料和泡沫材料的本构模型、Deshpande和Fleck2000[16]建立的泡沫金属的自相似本构模型和微分强化本构模型、Chen 和Lu2000[17]提出的适用于塑性可压缩和塑性不可压缩弹塑性体统一的本构模型等。
为了体现出动态加载条件下材料内部微结构存在所产生的应变率效应，近年来有学者在基于上述弹塑性本构模型的基础上还提出了率相关的泡沫铝材料弹塑性体本构关系，并用于泡沫铝冲击吸能特性的模拟计算2011[18]。
随着对泡沫铝材料微结构参数对材料宏观力学行为影响认识的加深，以及孔洞材料细观力学的发展，从泡沫铝材料微结构出发，运用细观力学的分析理论，构造微结构的三维单元胞模型，研究单胞结构在外部动载荷条件下的变形、垮塌失效过程与机制，建立材料微观组织与材料宏观唯象本构间的定量关系，以更精确的解释材料的宏观应力应变行为渐渐成为一种趋势。
Gibson-Ashby多孔材料模型[16]提出的以均匀性立方体结构的孔隙单元的规则排列简化表征多孔泡沫材料内部微结构分布的方法成为从微结构出发研究多孔材料本构模型的基础。
后续还现出了Kelvin 的十四面体模型[19]（图5）及其改进型[20]、国内学者刘培生的八面体模型[21]（图6）。
利用这些多孔材料单胞结构理论模型都可较好的预测了泡沫铝材料的某些宏观力学行为特征。
但由于上述模型都是假定微结构呈周期性排列，且单胞间无差异，这种微结构的均匀性显然与真实泡沫铝材料微结构随机分布的实际是有差异的。
为了体现实际材料微结构的非均匀性，一种方法是在均匀性微结构的基础上改变微结构的几何尺寸，使其符合某种统计分布；另一种方法是改变材料的性质（如弹性模量、屈服应力、破坏强度等），使其符合某种统计分布。
也有将二者结合起来的研究方法，如文献2007[22]通过改变表征泡沫铝材料微结构的立方体模型中棱截面边长，并采用Weibull统计分布函数描述材料内部立方结构初始坍塌应变，从而最大限度的表征实际材料内部微结构的非均匀性和基体材料本身的非均匀性。
另一种方法就是直接采用随机几何模型来模拟泡沫铝材料的微结构，如图7所示的V oronoi随机模型，并用此模型来计算材料的力学性能[23]，这已成为当前国内外研究的热点。
因为几何模型的生成具有随机性，必须借助有限元分析软件的进行数值计算，已不再是传统的理论解析方法了。
图5 Kelvin十四面体模型[19] 图6八面体模型[21]图7开孔泡沫的V oronoi三维随机模型[23] Fig5. Kelvin tetrakaidecahedron model[19] . Fig6.Octahedral model[21] Fig7. 3D voronoi model of open-cell aluminum foam[23]总体而言，从细观力学角度出发，建立考虑材料细观结构特性的材料本构模型目前更多的仍停留在对准静态加载条件下的材料行为的表征上，动态力学行为的表征还需要进一步深入。
3冲击波在泡沫铝材料中传播和材料的吸能特性泡沫铝材料作为一种轻质多孔新型功能材料，有关其衰减和吸收冲击波能量特性的问题较早就得到研究。
国外Lapatnikov等人采用一维冲击理论模型对泡沫铝材料中冲击波的传播问题与能量吸收问题所进行的理论分析则比较有代表性。
