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閉孔泡沫鋁夾芯板交通運(yùn)輸抗沖擊性能研究29

日期：24-04-26 時(shí)間：02:41 來(lái)源：益榮金屬

閉孔泡沫鋁夾芯板交通運(yùn)輸抗沖擊性能研究29

閉孔泡沫鋁夾心結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能數(shù)值模擬

閉孔泡沫鋁夾芯板的抗沖擊性能研究是通過(guò)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(gè)部分的數(shù)值模擬比較分析的。
(1)單純鋼板的數(shù)值模擬
為了與閉孔泡沫鋁夾芯板結(jié)構(gòu)有吸能效果比較，采用了相同質(zhì)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(wǎng)格劃分35000個(gè)單元，由于試件結(jié)構(gòu)軸對(duì)稱(chēng)，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?jīng)_擊載荷后變形曲線(xiàn)，鋼板在400μs到720μs之間只有微小的變形，沖擊結(jié)束后變形基本恢復(fù)到原來(lái)尺寸。
2、鋼板的SHPB 動(dòng)態(tài)沖擊模擬中輸入桿的反射應(yīng)變峰值很小，而輸出桿的應(yīng)變峰值很大，即透射波的峰值很高，說(shuō)明鋼板的吸能效果很差。
3、鋼板受到?jīng)_擊載荷后吸能情況，在400us-720us 時(shí)保持平穩(wěn)的吸能狀態(tài)，其最大吸能值為0.008J,沖擊結(jié)束后能量迅速釋放，沖擊波基本上都投過(guò)去了，說(shuō)明鋼板的吸能很小。
(2)單純閉孔泡沫鋁板數(shù)值模擬
首先數(shù)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(gè)單元。泡沫鋁和壓桿采用面面接觸。因?yàn)樵嚰Y(jié)構(gòu)軸對(duì)稱(chēng)，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(guò)程中，厚度從10mm被壓縮4.7mm，泡沫鋁在370μs 時(shí)開(kāi)始?jí)嚎s，1000μs 時(shí)壓縮到4.7mm，此時(shí)沖擊結(jié)束，在其后厚度有微小的反彈。半徑從17.5mm擴(kuò)展到22.2mm，此時(shí)沖擊基本結(jié)束。
2、壓桿的應(yīng)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(yuǎn)小于小于入射波與反射波的峰值，說(shuō)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(shí)很好。
3、從閉孔泡沫鋁吸收的能量曲線(xiàn)中可以看出400-700μs 時(shí)吸能顯著增大，說(shuō)明在400-700μs階段閉孔泡沫鋁逐漸被壓潰來(lái)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(shù)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(wǎng)格劃分40000個(gè)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(guò)程，試件在400μs 時(shí)開(kāi)始被壓潰直到720μs 時(shí)泡沫鋁單面板被壓縮到6.2mm，沖擊結(jié)束后泡沫鋁單面板有微小的壓縮變形。半徑在400μs 時(shí)開(kāi)始擴(kuò)展，到830μs時(shí)擴(kuò)展到最大半徑為21.2mm，沖擊結(jié)束后，試件半徑繼續(xù)有微小的擴(kuò)展。模型的整個(gè)變形過(guò)程為軸向壓縮與徑向的膨脹的過(guò)程。
2、閉孔泡沫鋁單面板在沖擊載荷中吸收的能量，在430μs 時(shí)開(kāi)始吸收能量，在720μs時(shí)吸收能量達(dá)到最大值，其值為7.5J，之后吸能趨于平緩，直到?jīng)_擊完全結(jié)束。
(4) 閉孔泡沫鋁夾芯板的數(shù)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(jié)構(gòu)，單元網(wǎng)格劃分為40000個(gè)，試件與壓桿接觸定義為面面接觸。由于模型軸對(duì)稱(chēng)，所以采用1/4模型。
1、閉孔泡沫鋁夾芯板受到?jīng)_擊載荷后的變形過(guò)程曲線(xiàn)，可以看出在400μs 時(shí)試件開(kāi)始被壓潰，到720μs 時(shí)夾芯板的芯體泡沫鋁壓縮到6mm, 半徑在400-720μs之間由17.5mm擴(kuò)展到21.1mm, 之后曲線(xiàn)趨于平緩。模型的整個(gè)變形過(guò)程為軸向壓縮與徑向膨脹過(guò)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(guò)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(shí)開(kāi)始吸收能量，在720μs 時(shí)吸收能量達(dá)到最大值，其值為8.3J,之后吸能趨于平緩，直到?jīng)_擊完全結(jié)束。
(5)多層閉孔泡沫鋁夾芯板的數(shù)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(wǎng)格劃分單元40000個(gè)，由于試件結(jié)構(gòu)軸對(duì)稱(chēng)，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?jīng)_擊載荷后的變形過(guò)程曲線(xiàn)，可以看出在400μs 時(shí)試件開(kāi)始被壓潰，初始厚度為13.9mm，到720μs時(shí)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(kuò)展到19.3mm, 之后曲線(xiàn)趨于平緩。
2、多層閉孔泡沫鋁夾芯板在受到?jīng)_擊載荷后的吸能曲線(xiàn)，曲線(xiàn)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(shuō)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?？梢钥闯龆鄬影迮菽X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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