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闭孔泡沫铝压缩性能实验与仿真研究

杜常赞  
【摘要】:泡沫铝是一种以铝或铝合金为基体,经过发泡处理后得到的一种含有大量孔洞的结构。由于其独特的孔洞结构,泡沫铝有着优异的吸音、吸能、隔热等优异性能,被广泛应用于汽车,铁路,航空航天等领域。泡沫铝屈服强度低,平台阶段长,因此是一种优异的吸能材料。本文主要围绕闭孔泡沫铝压缩性能展开了试验及仿真研究。本文对闭孔泡沫铝进行了常温、高温准静态压缩试验,结果表明,所有应力应变曲线均表现出明显的三阶段:线弹性阶段,应力平台阶段,致密化阶段;随着泡沫铝密度的增大,弹性模型、平台应力显著增大;随着温度的增加,基体软化,弹性模量、平台应力有所减小。分析了泡沫铝的吸能性能,结果表明该种泡沫铝理想吸能效率达0.9,是一种优秀的吸能材料。利用Hopkinson压杆装置对泡沫铝进行了不同应变率下的冲击试验,得到了高应变率下的应力应变曲线。通过与准静态压缩下的应力应变曲线对比可知,该种闭孔泡沫铝在试验应变率范围内是一种率无关材料。通过观察准静态、动态试验过程中泡沫铝试件样貌的变化,分析了闭孔泡沫铝的失效过程。构建了一种考虑了温度,应变率的泡沫铝一维本构模型,并基于试验获得的数据对其参数进行了拟合,拟合效果较好。基于试验获得的数据结合ABAQUS中的Crushable foam塑性模型建立了泡沫铝的模拟方法,然后对泡沫铝填充薄壁圆管的吸能性能进行了数值仿真模拟,结果表明填充泡沫铝后,薄壁圆管吸能性能显著提升。最后讨论了管径和壁厚对泡沫铝填充薄壁圆管吸能性能的影响。本研究可为闭孔泡沫铝的试验及数值模拟提供一定参考。


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