泡沫铝吸能特性仿真研究

泡沫铝是金属铝和空气的复合材料。当受到外力时，泡沫铝表现出金属铝所具有的结构材料性能，同时在载荷较大时表现出泡沫铝材料所具有的功能材料性能。所以说，泡沫铝兼具功能材料和结构材料的性能。泡沫铝具有较高的比强度和比刚度，具有良好的抗冲击性能，可以在较低的应力水平下吸收大量的能量。

泡沫铝结构性能分析
当泡沫铝受到外界载荷的作用时，其整体首先进入到线弹性阶段，胞孔结构受到压力作用产生弹性形变，孔壁发生弯曲变形，变形部分主要是其骨架部分。载荷继续增大，当胞孔结构不足以抵抗外界的压力时，胞孔的弹性变形继续增大，直至胞孔发生塑性屈服而塌陷，此阶段应力增加不大而应变迅速增加。外界载荷继续增大，导致胞孔发生大面积塌陷、溃缩。所有胞孔发生压溃之后，孔壁之间发生接触，泡沫结构整体压实，其实质是实体铝的压缩变形。

在泡沫铝压缩过程中，泡沫铝首先进入线弹性阶段，随着变形的增大，泡沫铝呈恒应力溃缩状态，且这种恒应力--直持续到孔穴结构完全溃缩，有一个较大的应力平台，最后压缩过程进入到质密化阶段。由于泡沫铝这种独特的压缩变形行为，当受到外界的冲击载荷作用时很容易发生变形，而且这种变形大部分是在恒应力的状态下完成的，压缩过程中将消耗大量的功。

就结构本质而言，泡沫铝是一种由金属骨架和较大的气孔组成的新型结构功能材料，是特殊的带有结构缺陷的金属。表征泡沫铝结构参数的因素有：相对密度、孔径大小、孔隙率、通孔率和流通特性等。试验研究表明，影响泡沫铝材料性能的主要因素为泡沫铝的相对密度，即泡沫铝的机械性能很大程度是由相对密度决定的。根据材料的结构特点可以得知，和相对密度直接相对应的材料参数是材料的空隙率，材料的孔隙率越大，其相对密度越小。材料的孔隙率可以更直接地表现材料的结构性能，本文中通过控制泡沫铝模型的孔隙率来控制泡沫铝的相对密度。