泡沫金屬填充薄壁金屬方筒在沖擊載荷作用下的數(shù)值模擬.pdf

1、鋁泡沫填充薄壁金屬筒的復(fù)合填充結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于在減輕構(gòu)件質(zhì)量的前提下提高構(gòu)件的抗沖擊性能和能量吸收能力。本文采用有限元顯式動力分析程序Ls．DYNA來研究鋁泡沫填充薄壁金屬筒的復(fù)合結(jié)構(gòu)在軸向沖．
　　 擊載荷作用下的變形和能量吸收特性。模擬從模型的長寬比、外層金屬筒的寬厚比和填充用的泡沫金屬的密度三個(gè)方面進(jìn)行，并模擬了復(fù)合填充筒保險(xiǎn)杠受沖擊后的響應(yīng)。選擇LS-DYNA材料庫中24號piccewise linearplastic

2、hardening(分段線性塑性硬化)模型和63號Crushable foam material(沖擊泡沫)材料模型分別模擬鋁金屬筒和泡沫鋁兩種材料；用殼163單元和固體164單元分別對薄壁金屬筒和泡沫金屬進(jìn)行網(wǎng)格劃分；并在模擬時(shí)引入了trigger機(jī)制，它能使構(gòu)件受沖擊后的變形更加的平穩(wěn)，但不會改變結(jié)構(gòu)總的變形吸收能?？紤]到模型的對稱性，建立了1/4模型，并添加了相應(yīng)的對稱約束、接觸和邊界條件，減少了模擬的時(shí)間，增加了模擬的準(zhǔn)確性。<

3、br>　　 與單獨(dú)的薄壁金屬筒或鋁泡沫金屬相比，二者組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠在減輕重量的前提下提高整體構(gòu)件的剛度，縮短由沖擊引起的褶皺長度，增加構(gòu)件的比吸收能，所以能有效的將峰值應(yīng)力控制在破壞應(yīng)力以下。
　　 模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，證實(shí)了試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果顯示了：
　　 (1)將泡沫金屬填充進(jìn)薄壁金屬筒構(gòu)成填充件，與單獨(dú)使用泡沫金屬或者薄壁金屬筒相比，可以大幅度的減小米賽斯平均應(yīng)力的大小，增加撞擊時(shí)吸收的能量

4、。
　　 (2)試件長度越長，填充泡沫金屬的密度越小，薄壁金屬筒的厚度越薄，在沖壓時(shí)形成的褶皺越多，褶皺的規(guī)則性越好，外層薄壁金屬筒被破壞的程度越小。填充不同密度分布的模型受壓后產(chǎn)生的褶皺的個(gè)數(shù)較單獨(dú)填充低密度泡沫金屬時(shí)少，但比單獨(dú)填充高密度泡沫金屬時(shí)多。
　　 (3)外側(cè)薄壁金屬筒的厚度越大，撞擊后填充件的米賽斯平均應(yīng)力越大；內(nèi)部充填的泡沫金屬的密度的大小，填充不同密度分布的泡沫金屬和模型的長徑比對整體構(gòu)件的平均應(yīng)力影

5、響不大。
　　 (4)增大外側(cè)薄壁金屬簡的厚度，增大填充的泡沫金屬的密度都可以增加構(gòu)件撞擊后吸收的能量；填充件的長徑比對構(gòu)件撞擊后吸收能量的多少影響不大。采用不同密度的泡沫金屬分層填充的構(gòu)件，在加載時(shí)間相同的條件下，構(gòu)件吸收的能量幾乎相同，并且所吸收的能量值介于用130kg/m3和250kg/m3泡沫金屬單獨(dú)填充時(shí)所吸收的能量之間。
　　 (5)用復(fù)合填充結(jié)構(gòu)代替空金屬筒做保險(xiǎn)杠的吸能構(gòu)件作用明顯，既可以減小保險(xiǎn)杠的變形