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閉孔泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)耐撞性研究（五十五）

為了進(jìn)一步了解泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)的低速?zèng)_擊力學(xué)響應(yīng)以及吸能機(jī)理，基于有限元分析軟件ABAQUS/Explicit模塊對(duì)泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)的低速?zèng)_擊試驗(yàn)進(jìn)行仿真建模。由于試驗(yàn)條件限制，未能獲得芯層與面板之間膠層的基本力學(xué)性能，所以只對(duì)未產(chǎn)生明顯界面失效的鋁合金夾層結(jié)構(gòu)的試件進(jìn)行仿真建模；本小節(jié)主要介紹了AL-F1.5試件的建模細(xì)節(jié)，比較了實(shí)驗(yàn)和仿真的載荷-位移曲線及失效模式，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，最后分析了夾層結(jié)構(gòu)各組成部分的吸能特點(diǎn)。

4.5.1有限元模型介紹

本節(jié)以AL-F1.5試件為例，根據(jù)其實(shí)際尺寸建立有限元模型，如圖4.15所示，模型中所有部件(包括面板、泡沫芯層和沖頭)均采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元C3D8R，沖頭、夾持板和支撐板設(shè)置為剛體；結(jié)構(gòu)塑性變形較大的區(qū)域中(沖頭附近)將網(wǎng)格大小設(shè)置為0.25mm×0.25mm，此模型總節(jié)點(diǎn)數(shù)127303，單元數(shù)116980。為了模擬試件夾持區(qū)域的邊界條件，在夾緊板Z軸方向上施加0.5Mpa的壓力，并限制夾持板X軸、Y軸方向的平動(dòng)，而支撐板六個(gè)方向的自由度全部限制。由于不考慮界面分離的情況，因此面板與泡沫芯層之間用Tie連接。為了預(yù)測(cè)泡沫芯層的侵蝕過程，在模型中采用網(wǎng)格的表面侵蝕接觸算法。鋁合金面板材料采用非線性彈塑性本構(gòu)模型，使用表2.2中的彈性模量和鋁合金的拉伸屈服應(yīng)力-應(yīng)變曲線表示，泊松比取0.33，基于shear damage的失效準(zhǔn)則模擬鋁合金面板的損傷行為；泡沫芯層材料選擇ABAQUS/Explicit自帶的CRUSHABLE FOAM本構(gòu)模型，該本構(gòu)需要輸入壓縮屈服應(yīng)力比1.14，泊松比0.01，單軸壓縮真實(shí)屈服應(yīng)力-應(yīng)變曲線等材料參數(shù)，此外，由于夾層結(jié)構(gòu)在沖擊過程中存在嚴(yán)重的損傷破壞，引入極限壓縮應(yīng)變作為模擬泡沫侵蝕過程的起始準(zhǔn)則，斷裂應(yīng)變?cè)O(shè)定為0.6。對(duì)于加載方式，在沖頭上引入17.55kg的質(zhì)量點(diǎn)及相應(yīng)的初始速度來模擬初始沖擊能量。