泡沫铝准静态轴向压缩有限元仿真.pdf

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1、第５４卷第２期农业装备与车辆工程２０１６年２月Ｖｏｌ．５４第５４卷第Ｎｏ．２２期ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ&ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＦｅｂｒｕａｒｙ２０１６ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－３１４２．２０１６．０２．００９泡沫铝准静态轴向压缩有限元仿真周生波，焦学健,丁后颂（２５５０４９山东省淄博市山东理工大学交通与车辆工程学院）［摘要］用通用结构非线性有限元程序ＬＳ－ＤYＮＡ模拟泡沫铝的轴向压缩行为,探讨不同孔隙率和基体材料对其压缩力学特性的影响。研究结果表明，在准静态轴向压缩条件下，泡沫铝的压缩过

2、程存在３个典型的阶段即线弹性阶段、塑性阶段和压实阶段；基体材料相同的泡沫铝弹性模量和塑性阶段的应力随着孔隙率的增大而减小；孔隙率相同的ZＬ１０２铝合金泡沫铝的弹性模量和屈服应力比纯铝泡沫铝的大。［关键词］泡沫铝；准静态；轴向压缩；力学特性［中图分类号］Ｏ３４８．７［文献标志码］Ａ［文章编号］１６７３－３１４２(２０１６)０２－００３３－０５ＦｉｎｉｔｅEｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆQｕａｓｉ－ＳｔａｔｉｃAｘｉａｌCｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆAｌｕｍｉｎｕｍＦｏａｍZｈｏｕＳｈｅｎｇｂｏ，ＪｉａｏＸｕｅｊｉａｎ，ＤｉｎｇＨｏｕｓｏｎｇ（

3、ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ZｉｂｏＣｉｔｙ，ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ２５５０４９，Ｃｈｉｎａ）［Aｂｓｔｒａｃｔ］ＡｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｇｅｎｅｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍＬＳ－ＤYＮＡ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓａｎｄｍａ

4、ｔｒｉｘｍａｔｅｒｉａｌｏｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓｗｅｒｅｄｉｓ-ｃｕｓｓｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔａｇｅｓ：ｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ，ｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅａｎｄｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔａｇｅ．Ｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｔｒｅｓｓｏｆｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ

5、ｆｏａｍｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐｏｒｏｓｉｔｙｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｍａｔｒｉｘｍａｔｅｒｉａｌ．ＴｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｔｒｅｓｓｏｆｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅｏｆZＬ１０２ａ-ｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｆｏａｍｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｐｏｒｏｓｉｔｙａｒｅｌａｒｇｅｒｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈａｔｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ａｌｕｍｉｎｕｍｆｏａｍ；ｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃ；ａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ０引言本文建立了理想条件下泡沫铝

6、的仿真模型,采用ＬＳ－ＤYＮＡ软件对泡沫铝准静态轴向压缩进泡沫铝是在铝或者铝合金基体中分散着无数行有限元仿真研究，分析了孔隙率和基体材料对[１]气泡的类似泡沫状的金属材料,是典型的轻质金泡沫铝压缩力学特性的影响。属材料之一。它既保留有金属材料特征，又能体现出气泡的特征，泡沫铝所体现出的良好的优越性１有限元模型建立[２]能，使其在很多领域中得到了应用,尤其在吸能、１.１泡沫铝建模的理想化假设减震等方面具有很好的发展前景。国内外很多学（１）真实泡沫铝的内部结构是相当复杂的，因者采用物理实验对泡沫铝材料压缩力学特性进行此建立真实泡沫铝模型必然会是一

7、个具有挑战性[３－４]研究。研究结果表明，泡沫铝的力学性能与基体的难题。但通过计算机ＣＡＤ/ＣＡＭ技术及先进生材料、相对密度和孔的结构(包括孔的大小、形状、产制造技术的完美结合可以在生产过程中精确控缺陷等)等因素密切相关，但截至目前对于泡沫铝制泡沫铝微观参数，生产出具有规则孔型的泡沫是否存在应变率效应、孔径对泡沫铝力学特性影响[１１]铝。因此本文假设泡沫铝孔洞均匀分布且均为[５－８]的研究结果却莫衷一是，没能得到一致的结论。半径相同的圆孔。有限元仿真克服了物理实验可重复性差等缺点，（２）从材料成分上看，泡沫铝的材料组成包括在研究泡沫铝力学性能

8、上同样得到了众多研究者基体材料的铝或铝合金，因此假设泡沫铝是有孔[９－１０]的青睐。有限元仿真结果与物理实验结果的对洞缺陷的实体金属，材料按基体材料定义，满足金比表