泡沫鋁填充薄壁梁耐撞性研究

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1、為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)。泡沫鋁填充薄壁梁耐撞性研究　　摘要本文建立了Deshpande和Fleck泡沫?X有限元模型，并利用該模型建立了泡沫鋁填充薄壁梁模型。對不同密度的泡沫鋁填充薄壁梁吸能能力、變形模式和平均碰撞力進(jìn)行詳細(xì)分析；同時，也對正四邊形、正六邊形和正八邊形截面的泡沫鋁填充薄壁梁的耐撞性進(jìn)行了對比研究。　　關(guān)鍵詞泡沫鋁耐撞性優(yōu)化　　中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：/　　0引言　　泡沫鋁是通過在融化的鋁中引入氣泡，然后冷凝固化形成

2、的內(nèi)部具有封閉單元的泡沫材料。泡沫鋁由于孔洞的存在具有一系列特殊的性能，如良好的可壓縮性、高的壓縮平臺應(yīng)力及在變形過程中泊松比的改變。另外，泡沫鋁也有良好的機(jī)械性能如低重量、高強(qiáng)度、吸聲、耐火、容易循環(huán)利用等，這些性能使得泡沫鋁廣泛用于汽車、航空、艦船和軍事領(lǐng)域。[1]為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動，對學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確保“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修

3、學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　鴥?nèi)外很多學(xué)者對泡沫鋁在汽車緩沖吸能器中的應(yīng)用和有限元建模方面，進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究。等利用計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)對泡沫鋁作為填充材料的薄壁拉伸鋁管的碰撞特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)泡沫鋁作為填充材料能更大的提高薄壁結(jié)構(gòu)的比吸能。[2]等通過大量的碰撞試驗(yàn)對泡沫鋁填充薄壁圓形拉伸鋁管和矩形拉伸鋁管的碰撞特性進(jìn)行了研究，對泡沫鋁的密度、鋁管壁厚、鋁管材料強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行了分析，建立了這些變量與平均碰撞力、最大碰撞力之間的預(yù)測方程。[3，4，5]等通過大量實(shí)驗(yàn)對Deshpande和Fleck泡沫鋁模型受到簡單載荷和復(fù)雜載荷條件下進(jìn)行了驗(yàn)證，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，該模型穩(wěn)定有效，

4、能夠比較好的反映試驗(yàn)結(jié)果。[6]等人對泡沫鋁填充薄壁鋁管的耐撞性進(jìn)行了優(yōu)化研究，為了使吸能器吸能效果達(dá)到最大且其質(zhì)量更輕，作者使用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)對泡沫鋁密度和薄壁鋁管壁厚進(jìn)行了優(yōu)化。[7]可以看出，對泡沫鋁填充鋁薄壁梁研究較多，但對鋼材薄壁梁填充泡沫鋁吸能結(jié)構(gòu)研究較少?！　∫虼耍疚慕⒘薉eshpande和Fleck泡沫鋁填充薄壁低碳鋼梁模型，研究了泡沫鋁密度、薄壁梁截面形狀對其耐撞性的影響，以薄壁梁厚度、截面邊長和泡沫鋁密度為設(shè)計變量，對泡沫鋁填充薄壁梁比吸能進(jìn)行了優(yōu)化研究。　　1Deshpande和Fleck泡沫鋁模型為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項目設(shè)備的作用，我們不僅把資

5、源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動，對學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)。　　隨著泡沫鋁材料研究的深入，建立了多種泡沫鋁本構(gòu)模型來模擬泡沫鋁的機(jī)械性能。顯式有限元軟件LS-DYNA提供了多種泡沫材料模型，如材料模型26、126、63、75等。另外，還有Miller泡沫材料模型、Schreyer泡沫模型、Ehlers泡沫模型，Deshpande和Fleck泡沫模型等。其中，D

6、eshpande和Fleck泡沫模型是一種專門為泡沫鋁材料開發(fā)的材料模型。[8]等人根據(jù)泡沫鋁在多種載荷條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對以上各種泡沫材料模型進(jìn)行了驗(yàn)證。[9]　　2泡沫鋁填充薄壁梁建?！　〉热藢ydroAluminumAS公司生產(chǎn)的泡沫鋁材料進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，如準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、對角壓縮試驗(yàn)等，大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，泡沫鋁材料系數(shù)與密度有關(guān)，可以用下面的公式表示：　　表示平坦區(qū)的初始應(yīng)力，是線性應(yīng)變硬化系數(shù)，是放大因子，是形狀因子。C0、C1、n為常數(shù)項，泡沫鋁橫向的材料參數(shù)見表1：　　本文建立了一個帽沿形的泡沫鋁填充薄壁梁有限元模型。薄壁梁采用普通的低碳鋼材料，其楊氏模量為21

7、0GPa。截面尺寸為120?？20mm2，長度為400mm，帽沿折邊寬度為20mm，上板與U形腹板之間用點(diǎn)焊方式連接，焊點(diǎn)間距為40mm，薄壁梁采用四節(jié)點(diǎn)的Belytschko-Tsay殼單元模擬，單元大小為5mm，低碳鋼材料定義為分段線性彈塑性材料。　　泡沫鋁材料采用密度為/cm3的Deshpande和Fleck泡沫鋁模型，其具體材料參數(shù)由表1的參數(shù)推出；實(shí)體單元邊長為5mm。給泡沫鋁填充薄壁梁模型尾部附件