泡沫铝率相关本构模型及其在夹芯板冲击中的应用研究
  • 【摘要】

    泡沫金属是一种新型的结构功能材料,具有优良的力学和物理性能,在碰撞防护装置中应用越来越广泛,其中泡沫金属夹芯板的动态力学和吸能特性更是成为近年来研究的热点问题.在冲击载荷下,芯体材料的应变率效应是需要重点考虑的问题.针对泡沫铝在动态压缩下否具有应变率效应这一问题,国内外学者开展了大量的理论探索和实验研究,然而却得出了不尽相同的结论.泡沫金属具有独特的微观结构,在动态压缩变形过程中具有局部化变形、微... 展开>>泡沫金属是一种新型的结构功能材料,具有优良的力学和物理性能,在碰撞防护装置中应用越来越广泛,其中泡沫金属夹芯板的动态力学和吸能特性更是成为近年来研究的热点问题.在冲击载荷下,芯体材料的应变率效应是需要重点考虑的问题.针对泡沫铝在动态压缩下否具有应变率效应这一问题,国内外学者开展了大量的理论探索和实验研究,然而却得出了不尽相同的结论.泡沫金属具有独特的微观结构,在动态压缩变形过程中具有局部化变形、微观惯性和致密化过程等特点,使得其压垮应力提高,从而表现出一定的应变率效应,只是不同类型的泡沫金属对应变率的敏感程度不同而已.所以,在建立泡沫金属的动态本构时,需要考虑应变率的因素.?本文首先建立了用于描述高孔隙率泡沫铝的应变率效应的横观各向同性率相关本构模型,给出了在有限元方法中实现该模型的计算步骤,并基于ABAQUS/Explicit平台开发了用户子程序VUMAT.最终,采用单个单元模型验证了计算结果的稳定性和可靠性,通过与现有的实验结果进行对比,发现两者吻合较好,验证了模型和程序的可靠性.?利用所建立的率相关本构模型和有限元子程序,对泡沫铝夹芯三明治板进行了冲击有限元数值仿真研究.发现,随着率敏感系数的增加,芯体吸收的能量也随之增加,而底面面板的变形会越小,再一次验证了该子程序可以用来描述泡沫铝的应变率效应,说明采用该率相关模型及其子程序VUMAT,可以对泡沫铝夹芯三明治板的冲击力学特性进行有限元模拟,对工程实际应用具有一定的指导意义.?通过电子万能试验机和落锤试验机对球形闭孔泡沫铝进行了准静态单轴压缩和动态冲击实验.所得结果表明,泡沫铝在静态和动态压缩过程中都表现出三个明显的变形阶段,即线弹性段、屈服平台段和致密化段,而且在静态压缩下,泡沫铝的平台应力随着相对密度的增大而增大;在动态冲击下,泡沫铝的平台应力和吸能能力比静态显著提高,并且随着应变率的增大而增大,相对密度大的泡沫铝对应变率更敏感.?本文最后对一具体结构-汽车车门侧面撞击进行了数值模拟计算,对比了加强筋结构和泡沫铝填充车门对汽车车门侧面撞击吸能能力的影响.结果表明,泡沫铝作为汽车车门填充结构是可行的,它可以极大地提高汽车车门的侧面耐撞性.该结构比普通加强筋结构车门更效地吸收侧面碰撞的能量,并且使得车门内面板的变形更小,可以给驾驶员提供更大的安全空间. 收起<<

  • 【作者】

    寇玉亮 

  • 【学科专业】

    固体力学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    西安交通大学

  • 【导师姓名】

    陈常青

  • 【学位年度】

    2011

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    泡沫铝%率相关本构模型%夹芯板%吸能特性%车门填充%侧面碰撞