功能密度梯度泡沫鋁及其填充結(jié)構(gòu)的吸能性能研究.pdf

1、功能密度梯度泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)是汽車低速碰撞保護中極具應(yīng)用前景的吸能緩沖結(jié)構(gòu)，為了更好地在受力條件復(fù)雜的汽車碰撞中設(shè)計和優(yōu)化泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)，進行單軸壓縮狀態(tài)下功能密度泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)的試驗，并觀察其變形模式和吸能機理，同時得到準確的有限元模型是十分必要的；從另一個方面考慮，由于在泡沫鋁產(chǎn)品中觀察到天然存在的在重力方向上的密度變化，因此，在將泡沫鋁應(yīng)用到汽車吸能結(jié)構(gòu)時，必須充分考慮泡沫鋁在重力方向上的密度變化特性對仿真建

2、模的影響以得到準確的有限元模型。
　　為了更好地理解功能密度泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)的吸能性能，為設(shè)計和優(yōu)化泡沫鋁吸能結(jié)構(gòu)提供直觀的依據(jù)，本文通過試驗觀察和仿真分析，對比了截面形狀為四邊形和六邊形的功能密度泡沫鋁椎體、鋁合金薄壁錐形結(jié)構(gòu)、泡沫鋁填充錐形薄壁結(jié)構(gòu)，在單軸準靜態(tài)壓縮工況下的吸能性能。對比項目包括各結(jié)構(gòu)的變形模式、載荷-位移曲線、總吸能量(Absorbed Energy，AE)和比吸能(Specific Absorbed

3、Energy，SAE)。
　　本文使用通用有限元計算程序LS-DYNA進行仿真分析，仿真中的材料模型參數(shù)均由其標準材料性能測試試驗的結(jié)果中擬合提取，其中泡沫鋁的材料模型使用的是Deshpande&Fleck泡沫材料模型（2000），即LS-DYNA材料卡片MAT_154。本文還使用了Hanssen等（2002）提出的泡沫鋁密度模型對本文中使用的泡沫鋁材料進行描述，該模型使用泡沫鋁三個及以上密度的材料性能參數(shù)作為擬合值，得到描述任意

4、密度下材料性能參數(shù)的函數(shù)。在建立泡沫鋁椎體有限元模型時，由于泡沫鋁椎體試樣的密度分布和變化規(guī)律不可知，本文展示了得到準確仿真分析結(jié)果的實踐性方法和在特定密度變化梯度下不同的建模方法對有限元模型精度的影響。同時為了增強各結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果的對比性，在保證仿真精度的前提下，本文在仿真分析中對不同截面形狀的泡沫鋁椎體模型進行了相同的設(shè)置。
　　通過對比各結(jié)構(gòu)的試驗和仿真分析變形模式和吸能性能評價參數(shù)，本文發(fā)現(xiàn)，在單軸準靜態(tài)壓縮工況下，截面形