闭孔泡沫铝夹芯板交通运输抗冲击性能研究29
日期：24-04-26 时间：02:41 来源： 益荣金属
闭孔泡沫铝夹芯板交通运输抗冲击性能研究29
闭孔泡沫铝夹心结构的抗冲击性能数值模拟
闭孔泡沫铝夹芯板的抗冲击性能研究是通过单纯闭孔泡沫铝、闭孔泡沫 铝单面板(泡沫铝+钢板)、闭孔泡沫铝夹芯板(钢板+泡沫铝+钢板)三个部分的数值模拟比较分析的。
(1)单纯钢板的数值模拟
为了与闭孔泡沫铝夹芯板结构有吸能效果比较，采用了相同质量的定量比较，模型建立如下，厚度为3mm、直径为35的纯钢板，网格划分35000个单元，由于试件结构轴对称，所以取1/4 模型，钢板与压杆之间的接触义为面面接触。模拟子弹速度为12.8m/s。
1、钢板受到冲击载荷后变形曲线，钢板在400μs到720μs之间只有微小的变形，冲击结束后变形基本恢复到原来尺寸。
2、钢板的SHPB 动态冲击模拟中输入杆的反射应变峰值很小，而输出杆的应变峰值很大，即透射波的峰值很高，说明钢板的吸能效果很差。
3、钢板受到冲击载荷后吸能情况，在400us-720us 时保持平稳的吸能状态，其最大吸能值为0.008J,冲击结束后能量迅速释放，冲击波基本上都投过去了，说明钢板的吸能很小。
(2)单纯闭孔泡沫铝板数值模拟
首先数值模拟厚度为10mm、直径为35mm的单纯闭孔泡沫铝的抗冲击性能，模型建立总共有40000个单元。泡沫铝和压杆采用面面接触。因为试件结构轴对称，所以取1/4模型。模拟子弹速度为12.8m/s。
1、闭孔泡沫铝板的1/4的模型在冲击过程中，厚度从10mm被压缩4.7mm，泡沫铝在370μs 时开始压缩，1000μs 时压缩到4.7mm，此时冲击结束，在其后厚度有微小的反弹。半径从17.5mm扩展到22.2mm，此时冲击基本结束。
2、压杆的应变中可以看出，入射波和反射波的平均峰值为1.25×10~³,而透射波的峰值几近于零，透射波的峰值远小于小于入射波与反射波的峰值，说明冲击波大部分被泡沫铝吸收掉了，可以看出闭孔泡沫铝的吸能效果确实很好。
3、从闭孔泡沫铝吸收的能量曲线中可以看出400-700μs 时吸能显著增大，说明在400-700μs阶段闭孔泡沫铝逐渐被压溃来吸收冲击载荷的能量，即吸收变形能。700μs 以后吸能趋于平缓，虽然有微小的增大，但是变化不明显，其最大峰值为6.7J。
(3)闭孔泡沫铝单面板的数值模拟
闭孔泡沫铝单面板的模型建立如下，在厚度为10mm, 直径为35mm单纯泡沫铝板上在黏贴一层厚度为1.3mm, 直径为35mm的钢板，网格划分40000个单元，泡沫铝单面板与压杆之间采用面面接触。模拟子弹速度为12.8m/s。
1、闭孔泡沫铝单面板的冲击变形过程，试件在400μs 时开始被压溃直到720μs 时泡沫铝单面板被压缩到6.2mm，冲击结束后泡沫铝单面板有微小的压缩变形。半径在400μs 时开始扩展，到830μs时扩展到最大半径为21.2mm，冲击结束后，试件半径继续有微小的扩展。模型的整个变形过程为轴向压缩与径向的膨胀的过程。
2、闭孔泡沫铝单面板在冲击载荷中吸收的能量，在430μs 时开始吸收能量，在720μs时吸收能量达到最大值，其值为7.5J，之后吸能趋于平缓，直到冲击完全结束。
(4) 闭孔泡沫铝夹芯板的数值模拟
闭孔泡沫铝夹芯板的模型为钢板+闭孔泡沫铝+钢板的结构，单元网格划 分为40000个，试件与压杆接触定义为面面接触。由于模型轴对称，所以采用1/4模型。
1、闭孔泡沫铝夹芯板受到冲击载荷后的变形过程曲线，可以看出在400μs 时试件开始被压溃，到720μs 时夹芯板的芯体泡沫 铝压缩到6mm, 半径在400-720μs之间由17.5mm扩展到21.1mm, 之后曲线趋于平缓。模型的整个变形过程为轴向压缩与径向膨胀过程。
2、入射波和反射波的峰值很大而透射波的峰值却很小，可以推理出入射波穿过闭孔泡沫铝夹芯板模型后大部分能量都被吸收。
3、闭孔泡沫铝夹心板在冲击载荷中吸收的能量，在420μs 时开始吸收能量，在720μs 时吸收能量达到最大值，其值为8.3J,之后吸能趋于平缓，直到冲击完全结束。
(5)多层闭孔泡沫铝夹芯板的数值模拟
为了与单层闭孔泡沫铝夹芯板的吸能效果比较，模拟采用了相同厚度的 定量比较，模型建立如下，钢板+泡沫铝+钢板+泡沫铝+钢板，总的厚度为13.9mm、直径为35的纯钢板，网格划分单元40000个，由于试件结构轴对称，所以取1/4 模型，钢板与压杆之间的接触定义为面面接触。子弹冲击模拟速度为12.8m/s。
1、多层闭孔泡沫铝夹芯板受到冲击载荷后的变形过程曲线，可以看出在400μs 时试件开始被压溃，初始厚度为13.9mm，到720μs时夹芯板的芯体泡沫铝压缩到10.1mm, 半径在400-720μs之间由17.5mm扩展到19.3mm, 之后曲线趋于平缓。
2、多层闭孔泡沫铝夹芯板在受到冲击载荷后的吸能曲线，曲线分 为A 、B 两条，分别表示多层闭孔泡沫铝夹芯板中上下两块泡沫铝板吸能情况，其中A 板为靠入射杆端的泡沫铝，B板为靠输出杆端的泡沫铝板。A 板 吸收的能量为4.5J，B板吸收的能量为4.8J, 说明靠输出杆端的泡沫铝板吸收的能量更多一些，而且B板压溃的尺寸也更大一些。两块板吸收的总能为9.3J。可以看出多层板泡沫铝夹芯板的吸能比起单层的泡沫铝夹芯板有着显著地提高。
