闭孔泡沫铝夹芯板交通运输抗冲击性能研究30

数值模拟结果分析

上述几组试件的数值模拟从定量分析角度和试验结果分析出发可以分以下三部分来分析，第一部分为钢板和夹芯板的等质量分析；第二部分为试验结果对比分析；第三部分为单层闭孔泡沫铝夹芯板和多层闭孔泡沫铝夹芯板的等体积分析。具体分析如下：

(1) 等质量分析

从钢板的SHPB动态冲击模拟得出的压杆的应变曲线中可以看出输出杆的应变峰值很大，说明冲击波经过试件后的透射波峰值还是很高，说明钢板的吸收的能量很少，而闭孔泡沫铝夹芯板的压杆应变曲线中可以看出输出杆的应变峰值变得很小，说明冲击波经过泡沫铝夹芯板后大部分能量都被吸收掉了。而且钢板的变形曲线来看，其变形很小，而闭孔泡沫铝夹芯板的变形却是很大，即通过夹芯板的变形能把大部分的能量都吸收掉了。说明比起单纯致密材料，如果采用低密度多孔材料与致密材料组合结构，其吸能效果显著提高。

(2) 试验结果与数值模拟分析比较

通过对上述几组试件的数值模拟可以看出单纯闭孔泡沫铝变形尺寸最大，吸收的能量却是最小，而单面板和夹芯板变形尺寸相对较小，而吸收的能量反而增加了，其中夹芯板的吸能效果明显好于单面板，说明夹心结构中的泡沫铝的吸能效率高。再通过与试验数据的比较可以看出这几组试件的吸能效果有相同的特性。表4.1为试件的动态冲击试验和数值模拟的数据结果比较。

            表4.1 试验和数值模拟的能量吸收比较

表4.1中可以看出泡沫铝单面板比起单纯泡沫铝板吸能提高了12%，泡沫铝单层夹芯板比起单纯泡沫铝吸能提高了27%，双层夹芯板比起纯泡沫铝板吸能提高了38%，说明相同厚度的板厚下夹芯板的吸能效果好于单面板，结构的层数越多吸能效果趋向于越好。而且，表中试件模型的厚度变化趋向于变小，多层板的闭孔泡沫铝变形反而比单层板的闭孔泡沫铝变形小，夹芯板的厚度变形比单纯泡沫铝的变形小，即相同的冲击载荷下，相同变形时泡沫铝芯体夹层板的应力高于单纯泡沫铝的应力，说明前者抵抗破坏的能力强而且具有更好的强度。

(3) 等体积比较

从单层闭孔泡沫铝夹芯板的多层闭孔泡沫铝夹心板的等体积的动态冲击模拟中可以看出多层板的吸能明显高于单层板，而且从变形曲线来看多层板的闭孔泡沫铝变形反而比单层板的闭孔泡沫铝变形小。说明多层板闭孔泡沫铝夹心结构吸能效率更高。

综上所述，强度大的致密材料与低密度多孔材料的组合更充分的发挥结构的吸能特性，而且大大提高结构的强度，从而达到整体结构的更好的防护性能。