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閉孔泡沫鋁夾芯板交通運輸抗沖擊性能研究29

日期：24-04-26 時間：02:41 來源：益榮金屬

閉孔泡沫鋁夾芯板交通運輸抗沖擊性能研究29

閉孔泡沫鋁夾心結構的抗沖擊性能數值模擬

閉孔泡沫鋁夾芯板的抗沖擊性能研究是通過單純閉孔泡沫鋁、閉孔泡沫鋁單面板(泡沫鋁+鋼板)、閉孔泡沫鋁夾芯板(鋼板+泡沫鋁+鋼板)三個部分的數值模擬比較分析的。
(1)單純鋼板的數值模擬
為了與閉孔泡沫鋁夾芯板結構有吸能效果比較，采用了相同質量的定量比較，模型建立如下，厚度為3mm、直徑為35的純鋼板，網格劃分35000個單元，由于試件結構軸對稱，所以取1/4 模型，鋼板與壓桿之間的接觸義為面面接觸。模擬子彈速度為12.8m/s。
1、鋼板受到沖擊載荷后變形曲線，鋼板在400μs到720μs之間只有微小的變形，沖擊結束后變形基本恢復到原來尺寸。
2、鋼板的SHPB 動態沖擊模擬中輸入桿的反射應變峰值很小，而輸出桿的應變峰值很大，即透射波的峰值很高，說明鋼板的吸能效果很差。
3、鋼板受到沖擊載荷后吸能情況，在400us-720us 時保持平穩的吸能狀態，其最大吸能值為0.008J,沖擊結束后能量迅速釋放，沖擊波基本上都投過去了，說明鋼板的吸能很小。
(2)單純閉孔泡沫鋁板數值模擬
首先數值模擬厚度為10mm、直徑為35mm的單純閉孔泡沫鋁的抗沖擊性能，模型建立總共有40000個單元。泡沫鋁和壓桿采用面面接觸。因為試件結構軸對稱，所以取1/4模型。模擬子彈速度為12.8m/s。
1、閉孔泡沫鋁板的1/4的模型在沖擊過程中，厚度從10mm被壓縮4.7mm，泡沫鋁在370μs 時開始壓縮，1000μs 時壓縮到4.7mm，此時沖擊結束，在其后厚度有微小的反彈。半徑從17.5mm擴展到22.2mm，此時沖擊基本結束。
2、壓桿的應變中可以看出，入射波和反射波的平均峰值為1.25×10~3,而透射波的峰值幾近于零，透射波的峰值遠小于小于入射波與反射波的峰值，說明沖擊波大部分被泡沫鋁吸收掉了，可以看出閉孔泡沫鋁的吸能效果確實很好。
3、從閉孔泡沫鋁吸收的能量曲線中可以看出400-700μs 時吸能顯著增大，說明在400-700μs階段閉孔泡沫鋁逐漸被壓潰來吸收沖擊載荷的能量，即吸收變形能。700μs 以后吸能趨于平緩，雖然有微小的增大，但是變化不明顯，其最大峰值為6.7J。
(3)閉孔泡沫鋁單面板的數值模擬
閉孔泡沫鋁單面板的模型建立如下，在厚度為10mm, 直徑為35mm單純泡沫鋁板上在黏貼一層厚度為1.3mm, 直徑為35mm的鋼板，網格劃分40000個單元，泡沫鋁單面板與壓桿之間采用面面接觸。模擬子彈速度為12.8m/s。
1、閉孔泡沫鋁單面板的沖擊變形過程，試件在400μs 時開始被壓潰直到720μs 時泡沫鋁單面板被壓縮到6.2mm，沖擊結束后泡沫鋁單面板有微小的壓縮變形。半徑在400μs 時開始擴展，到830μs時擴展到最大半徑為21.2mm，沖擊結束后，試件半徑繼續有微小的擴展。模型的整個變形過程為軸向壓縮與徑向的膨脹的過程。
2、閉孔泡沫鋁單面板在沖擊載荷中吸收的能量，在430μs 時開始吸收能量，在720μs時吸收能量達到最大值，其值為7.5J，之后吸能趨于平緩，直到沖擊完全結束。
(4) 閉孔泡沫鋁夾芯板的數值模擬
閉孔泡沫鋁夾芯板的模型為鋼板+閉孔泡沫鋁+鋼板的結構，單元網格劃分為40000個，試件與壓桿接觸定義為面面接觸。由于模型軸對稱，所以采用1/4模型。
1、閉孔泡沫鋁夾芯板受到沖擊載荷后的變形過程曲線，可以看出在400μs 時試件開始被壓潰，到720μs 時夾芯板的芯體泡沫鋁壓縮到6mm, 半徑在400-720μs之間由17.5mm擴展到21.1mm, 之后曲線趨于平緩。模型的整個變形過程為軸向壓縮與徑向膨脹過程。
2、入射波和反射波的峰值很大而透射波的峰值卻很小，可以推理出入射波穿過閉孔泡沫鋁夾芯板模型后大部分能量都被吸收。
3、閉孔泡沫鋁夾心板在沖擊載荷中吸收的能量，在420μs 時開始吸收能量，在720μs 時吸收能量達到最大值，其值為8.3J,之后吸能趨于平緩，直到沖擊完全結束。
(5)多層閉孔泡沫鋁夾芯板的數值模擬
為了與單層閉孔泡沫鋁夾芯板的吸能效果比較，模擬采用了相同厚度的定量比較，模型建立如下，鋼板+泡沫鋁+鋼板+泡沫鋁+鋼板，總的厚度為13.9mm、直徑為35的純鋼板，網格劃分單元40000個，由于試件結構軸對稱，所以取1/4 模型，鋼板與壓桿之間的接觸定義為面面接觸。子彈沖擊模擬速度為12.8m/s。
1、多層閉孔泡沫鋁夾芯板受到沖擊載荷后的變形過程曲線，可以看出在400μs 時試件開始被壓潰，初始厚度為13.9mm，到720μs時夾芯板的芯體泡沫鋁壓縮到10.1mm, 半徑在400-720μs之間由17.5mm擴展到19.3mm, 之后曲線趨于平緩。
2、多層閉孔泡沫鋁夾芯板在受到沖擊載荷后的吸能曲線，曲線分為A 、B 兩條，分別表示多層閉孔泡沫鋁夾芯板中上下兩塊泡沫鋁板吸能情況，其中A 板為靠入射桿端的泡沫鋁，B板為靠輸出桿端的泡沫鋁板。A 板吸收的能量為4.5J，B板吸收的能量為4.8J, 說明靠輸出桿端的泡沫鋁板吸收的能量更多一些，而且B板壓潰的尺寸也更大一些。兩塊板吸收的總能為9.3J。可以看出多層板泡沫鋁夾芯板的吸能比起單層的泡沫鋁夾芯板有著顯著地提高。

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