閉孔泡沫鋁夾層結構耐撞性研究（五十五）

為了進一步了解泡沫鋁夾層結構的低速沖擊力學響應以及吸能機理，基于有限元分析軟件ABAQUS/Explicit模塊對泡沫鋁夾層結構的低速沖擊試驗進行仿真建模。由于試驗條件限制，未能獲得芯層與面板之間膠層的基本力學性能，所以只對未產生明顯界面失效的鋁合金夾層結構的試件進行仿真建模；本小節(jié)主要介紹了AL-F1.5試件的建模細節(jié)，比較了實驗和仿真的載荷-位移曲線及失效模式，驗證了模型的準確性，最后分析了夾層結構各組成部分的吸能特點。

4.5.1有限元模型介紹

本節(jié)以AL-F1.5試件為例，根據其實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)點實體單元C3D8R，沖頭、夾持板和支撐板設置為剛體；結構塑性變形較大的區(qū)域中(沖頭附近)將網格大小設置為0.25mm×0.25mm，此模型總節(jié)點數127303，單元數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，而支撐板六個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。為了預測泡沫芯層的侵蝕過程，在模型中采用網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模型，使用表2.2中的彈性模量和鋁合金的拉伸屈服應力-應變曲線表示，泊松比取0.33，基于shear damage的失效準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本構模型，該本構需要輸入壓縮屈服應力比1.14，泊松比0.01，單軸壓縮真實屈服應力-應變曲線等材料參數，此外，由于夾層結構在沖擊過程中存在嚴重的損傷破壞，引入極限壓縮應變作為模擬泡沫侵蝕過程的起始準則，斷裂應變設定為0.6。對于加載方式，在沖頭上引入17.55kg的質量點及相應的初始速度來模擬初始沖擊能量。