閉孔泡沫鋁夾芯板交通運輸抗沖擊性能研究28

數值模擬

本章為泡沫鋁夾心結構的抗沖擊性能的數值分析，根據實驗的結構布置方式分為10mm 雙層鋼板結構、1.5mm鋼板+10mm 泡沫鋁板結構、1.5mm鋼板+10mm 泡沫鋁+1.5mm 鋼板結構數值模擬。

數值模型的建立
SHPB實驗裝置中子彈、壓桿、試樣均為圓柱體，且試樣與壓桿共軸、子彈與壓桿間共軸撞擊所以裝置的幾何形狀是軸對稱的； SHPB試驗基于壓桿一維應力假定，忽略支座對實驗的約束影響，或者說由于子彈撞擊速度很高在桿內產生高應力，支座對桿的作用相對于這么高的應力而言是可以忽略不計的；另外假設碰撞接觸面是光滑的，忽略碰撞接觸摩擦的影響。因此SHPB實驗裝置可以按軸對稱的二維模型建模。但本文分析問題中包括試樣缺陷、壓桿與試樣接觸不平整等非軸對稱內容，同時還要考察SHPB實驗技術一維應力假定所造成的誤差，所以最終采取了三維建模。

本文選取程序中 SOLID164 單元來模擬子彈、壓桿、試件。該單元采用線性位移函數；是8節點六面體單元，本文實體單元主要采用2×2×2多點高斯積分。它沒有零能模式，不需要沙漏控制，對泡沫材料的計算結果會更好。

以下就本研究所使用的材料模式和狀態方程簡單介紹如下：
(1) 子彈與入射桿
在三維模型中，子彈、壓桿材料模型選用線彈性材料模型，主要參數包括：密度2.70g/cm3,楊氏模量70GPa,泊松比0.3。
(2) 鋼
泡沫鋁夾芯板中的鋼板采用的是 Q235鋼，其主要參數包括：密度7.85g/cm3, 楊氏模量200GPa, 泊松比0.27。
(3) 閉孔泡沫鋁 (MAT63)
泡沫鋁材料的楊氏模量E為419MPa , 泊松比PR取為0.367。
本文的數值模擬中泡沫鋁受到的載荷不是很大，所以閉孔泡沫鋁的材料模型采用 Crushable_foam 本構模型來模擬。閉孔泡沫的本構關系需要輸入材料的應力-應變曲線。目前在各文獻中報道的輸入的泡沫鋁應力-應變曲線，最大應變不超過60%,泡沫鋁在SHPB實驗中測得的應變范圍為53%的應力應變。而且輸入的光滑的應力-應變曲線必須滿足一下幾個條件：

1)?σ₀/?ε₀＞0

2)?σ₀/?^ε₀＞0

(3)應變范圍0~0.99。
實驗測得的閉孔泡沫鋁的應力-應變曲線均滿足以上條件。

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