纳米氧化铝含量对橡胶纤维-金属层压板高速冲击响应的影响研究

《Scientific Reports》：Experimental and numerical investigation of nano-reinforced elastomeric fiber metal laminates subjected to high strain rate loading

　　

摘要

本研究针对一种由铝合金、玻璃/环氧复合材料以及以纳米氧化铝增强的天然橡胶弹性体组成的橡胶纤维-金属层压板（EFML）的高速冲击响应进行了研究。共选取十种纳米氧化铝含量（0、0.5、1、2、3.5、5、10、15、20和25 wt.%）以评估其对动态响应的影响。采用分离式霍普金森压杆（SHPB）实验来确定浓度特异性的超弹性系数，并通过气体枪实验对无氧化铝填充的层压板进行验证，以检验数值冲击模型的准确性。在LS-DYNA中分别采用Mooney-Rivlin、Neo-Hookean和Blatz-Ko模型对弹性体进行表征，其参数根据SHPB数据拟合获得。仿真结果与无氧化铝填充层压板的实测残余速度及观测到的损伤模式吻合良好。经验证的模型随后用于预测含纳米氧化铝层压板的响应。数值结果表明，当纳米氧化铝含量为1、10和15 wt.%时，残余速度较低且能量吸收量较高；这些与配方相关的趋势属于数值预测结果，因为未对填充层压板进行相应的高速冲击实验。此外，增加纳米氧化铝含量还会改变载荷向远端复合材料和铝合金层的传递方式，并增大其位移量。上述结果阐明了纳米氧化铝含量对所研究EFML冲击响应的预测影响。