功能密度梯度泡沫鋁及其填充結(jié)構(gòu)的吸能性能研究.pdf

1、功能密度梯度泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)是汽車低速碰撞保護(hù)中極具應(yīng)用前景的吸能緩沖結(jié)構(gòu)，為了更好地在受力條件復(fù)雜的汽車碰撞中設(shè)計(jì)和優(yōu)化泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)，進(jìn)行單軸壓縮狀態(tài)下功能密度泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)，并觀察其變形模式和吸能機(jī)理，同時(shí)得到準(zhǔn)確的有限元模型是十分必要的；從另一個(gè)方面考慮，由于在泡沫鋁產(chǎn)品中觀察到天然存在的在重力方向上的密度變化，因此，在將泡沫鋁應(yīng)用到汽車吸能結(jié)構(gòu)時(shí)，必須充分考慮泡沫鋁在重力方向上的密度變化特性對(duì)仿真建

2、模的影響以得到準(zhǔn)確的有限元模型。
　　為了更好地理解功能密度泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)的吸能性能，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化泡沫鋁吸能結(jié)構(gòu)提供直觀的依據(jù)，本文通過試驗(yàn)觀察和仿真分析，對(duì)比了截面形狀為四邊形和六邊形的功能密度泡沫鋁椎體、鋁合金薄壁錐形結(jié)構(gòu)、泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)，在單軸準(zhǔn)靜態(tài)壓縮工況下的吸能性能。對(duì)比項(xiàng)目包括各結(jié)構(gòu)的變形模式、載荷-位移曲線、總吸能量(Absorbed Energy，AE)和比吸能(Specific Absorbed

3、Energy，SAE)。
　　本文使用通用有限元計(jì)算程序LS-DYNA進(jìn)行仿真分析，仿真中的材料模型參數(shù)均由其標(biāo)準(zhǔn)材料性能測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果中擬合提取，其中泡沫鋁的材料模型使用的是Deshpande&Fleck泡沫材料模型（2000），即LS-DYNA材料卡片MAT_154。本文還使用了Hanssen等（2002）提出的泡沫鋁密度模型對(duì)本文中使用的泡沫鋁材料進(jìn)行描述，該模型使用泡沫鋁三個(gè)及以上密度的材料性能參數(shù)作為擬合值，得到描述任意

4、密度下材料性能參數(shù)的函數(shù)。在建立泡沫鋁椎體有限元模型時(shí)，由于泡沫鋁椎體試樣的密度分布和變化規(guī)律不可知，本文展示了得到準(zhǔn)確仿真分析結(jié)果的實(shí)踐性方法和在特定密度變化梯度下不同的建模方法對(duì)有限元模型精度的影響。同時(shí)為了增強(qiáng)各結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果的對(duì)比性，在保證仿真精度的前提下，本文在仿真分析中對(duì)不同截面形狀的泡沫鋁椎體模型進(jìn)行了相同的設(shè)置。
　　通過對(duì)比各結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)和仿真分析變形模式和吸能性能評(píng)價(jià)參數(shù)，本文發(fā)現(xiàn)，在單軸準(zhǔn)靜態(tài)壓縮工況下，截面形