軸向載荷下泡沫鋁填充薄壁金屬管吸能特性的研究.pdf

1、泡沫鋁填充薄壁金屬管結(jié)構(gòu)作為一種典型的緩沖吸能結(jié)構(gòu)，具有良好的力學(xué)性能和能量吸收特性，因而被廣泛的應(yīng)用到機(jī)械、土木、航空航天等眾多工程領(lǐng)域的碰撞耗散系統(tǒng)中。該結(jié)構(gòu)在受到準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮載荷以及沖擊載荷作用下的力學(xué)性能一直以來都是學(xué)術(shù)界關(guān)注的一個熱點。本文以薄壁鋁合金圓管和泡沫鋁填充薄壁圓管為研究對象，通過實驗研究和數(shù)值模擬并重的方法分別對準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮載荷及沖擊載荷作用下金屬圓管、泡沫鋁填充管的能量吸收特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。主要取得的

2、結(jié)論如下:
　　通過各種耐撞性參數(shù)，如比吸能(SEA)，壓縮力效率(CFE)，平均破壞力和峰值破壞力等參數(shù)分析討論了準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮載荷作用下鋁合金圓管的幾何參數(shù)，包括壁厚、高度、直徑以及泡沫鋁的密度對圓管、泡沫鋁填充管的吸能特性的影響。結(jié)果表明，鋁合金圓管與泡沫鋁填充管在軸向壓縮時的變形過程可分為三個階段:初始彈性階段、穩(wěn)定漸進(jìn)屈曲階段和密實化階段;圓管及泡沫鋁填充管的壁厚與直徑對其吸能性能有顯著影響，管的高度對其吸能效率影響較小

3、，但是高度的增加可以增加管的總吸能;泡沫鋁的填充減小了壓縮過程中軸向載荷的波動，提高了管的壓潰力、總吸能、比吸能和壓縮力效率，但提高的程度隨著管的幾何參數(shù)的不同而變化，相同密度的泡沫鋁在壁厚較小、直徑較大的管中更能發(fā)揮明顯的優(yōu)勢;泡沫鋁密度越大，填充管的軸向壓潰力及總吸能越大，但是因為填充泡沫同時增加了整體的質(zhì)量，因此在密實化階段之前填充管的比吸能較空管并沒有明顯的增大。
　　利用有限元軟件ABAQUS建立軸向沖擊載荷下金屬圓管以

4、及泡沫填充管的有限元模型，并與實驗結(jié)果進(jìn)行對比從而驗證了模擬的可行性。在此基礎(chǔ)上研究圓管的壁厚、沖擊速度以及泡沫鋁的密度對結(jié)構(gòu)的初始峰值載荷、平均載荷、吸能效率的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，圓管及泡沫鋁填充管在軸向沖擊載荷作用下的初始峰值載荷、平均載荷與吸能都隨著管的壁厚的增大而增大;軸向沖擊載荷作用下泡沫鋁填充管的平均載荷、初始峰值載荷及壓縮力效率均高于對應(yīng)的空管，但增大的程度隨著管的壁厚的不同而變化，填充管的壁厚越小，其各項吸能指標(biāo)較空管提