泡沫鋁壓縮性能的有限元模擬.pdf

1、力學(xué)性能研究是泡沫鋁應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過壓縮性能模擬研究不僅可以預(yù)測多孔材料力學(xué)性能，還能擴(kuò)展泡沫金屬材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫。本文從微觀結(jié)構(gòu)力學(xué)模型和宏觀數(shù)值仿真研究的角度對多孔泡沫鋁力學(xué)性能進(jìn)行研究，無論是微觀模型還是宏觀模型都不能完全描述目前制備的開孔和閉孔泡沫鋁材料，模擬結(jié)果與試驗結(jié)果有些會出入很大，仍需累積大量數(shù)據(jù)以發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確的規(guī)律。
　　 針對開孔泡沫鋁，在理論研究的基礎(chǔ)上，利用有限元程序包DEFORM-3D進(jìn)行泡沫金屬準(zhǔn)靜態(tài)壓

2、縮試驗?zāi)M，選用純鋁與鋁硅合金兩種不同材質(zhì)，分析正四面體、正八面體、十四面體（即Kelvin模型）這三種代表單元模型。模擬結(jié)果顯示，這三種單元模型的壓縮載荷-時間曲線大體趨勢相同，都有彈性、塑性平臺和密集化三個階段。另外將有限元模擬結(jié)果與泡沫鋁壓縮實驗結(jié)果相比較。結(jié)果表明，以上三種單元模型中，十四面體孔隙率最高且平臺應(yīng)力值更接近試驗值；對上述兩種材質(zhì)而言，鋁硅合金平臺應(yīng)力值較大，且平臺區(qū)域較長，鋁硅合金的壓縮性能整體高于純鋁。因此，選用

3、十四面體單元模型模擬結(jié)果更符合實際情況，選用鋁的各種合金可提高泡沫鋁的力學(xué)性能。
　　 采用整體建模法對多孔泡沫鋁的微觀孔穴結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何構(gòu)型，利用DEFORM-3D軟件，對泡沫鋁壓縮性能進(jìn)行進(jìn)行模擬研究和實驗對比。在模擬過程中，我們選擇了三組泡沫鋁模型：①不同孔徑的泡沫鋁模型；②不同基體材料的泡沫鋁模型；③不同尺寸的泡沫鋁模型。得出以下結(jié)論：材質(zhì)、孔徑大小、試樣尺寸對泡沫鋁的壓縮性能有一定的影響。材質(zhì)的影響最大，孔徑次之，試樣尺

4、寸的影響最小。
　　 在對發(fā)泡過程進(jìn)行假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)泡沫材料微結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，建立閉孔泡沫材料的簡單立方單胞模型。利用有限元程序包ANSYS/LS-DYNA，在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件下計算整個密度范圍內(nèi)泡沫材料的屈服強(qiáng)度和楊氏模量，通過與已有理論預(yù)測結(jié)果的比較，其屈服應(yīng)力的誤差值為8％；楊氏模量誤差值為16.7％，說明所建立的閉孔泡沫模型是有效的。
　　 采用ANSYS/LS-DYNA軟件對空圓管和泡沫鋁填充圓管受軸向壓縮時的吸