閉孔泡沫鋁夾芯板交通運(yùn)輸抗沖擊性能研究28

數(shù)值模擬

本章為泡沫鋁夾心結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能的數(shù)值分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)布置方式分為10mm 雙層鋼板結(jié)構(gòu)、1.5mm鋼板+10mm 泡沫鋁板結(jié)構(gòu)、1.5mm鋼板+10mm 泡沫鋁+1.5mm 鋼板結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬。

數(shù)值模型的建立
SHPB實(shí)驗(yàn)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(duì)稱的； SHPB試驗(yàn)基于壓桿一維應(yīng)力假定，忽略支座對(duì)實(shí)驗(yàn)的約束影響，或者說由于子彈撞擊速度很高在桿內(nèi)產(chǎn)生高應(yīng)力，支座對(duì)桿的作用相對(duì)于這么高的應(yīng)力而言是可以忽略不計(jì)的；另外假設(shè)碰撞接觸面是光滑的，忽略碰撞接觸摩擦的影響。因此SHPB實(shí)驗(yàn)裝置可以按軸對(duì)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(duì)稱內(nèi)容，同時(shí)還要考察SHPB實(shí)驗(yàn)技術(shù)一維應(yīng)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(shù)；是8節(jié)點(diǎn)六面體單元，本文實(shí)體單元主要采用2×2×2多點(diǎn)高斯積分。它沒有零能模式，不需要沙漏控制，對(duì)泡沫材料的計(jì)算結(jié)果會(huì)更好。

以下就本研究所使用的材料模式和狀態(tài)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(shù)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(shù)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(shù)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(gòu)模型來模擬。閉孔泡沫的本構(gòu)關(guān)系需要輸入材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。目前在各文獻(xiàn)中報(bào)道的輸入的泡沫鋁應(yīng)力-應(yīng)變曲線，最大應(yīng)變不超過60%,泡沫鋁在SHPB實(shí)驗(yàn)中測得的應(yīng)變范圍為53%的應(yīng)力應(yīng)變。而且輸入的光滑的應(yīng)力-應(yīng)變曲線必須滿足一下幾個(gè)條件：