泡沫铝冲击模型

为了模拟泡沫铝的压缩变形，利用冲击锤对泡沫铝的结构模型进行冲击，以仿真试验结果来研究泡沫铝的性能。对模型进行模拟假设对于仿真的顺利进行很重要，好的模型假设不仅可以简化模型，而且可以得到比较贴合实际的仿真结果。本次仿真中假设:泡沫铝气孔为圆形;气孔呈均匀分布：垂直于压缩截面的变形为平面变形。

泡沫铝体内含有大量的气孔，根据制造工艺的不同，制造的气孔可以相互联通或封闭，即通孔或闭孔。模型以闭孔泡沫为研究对象，胞孔截面的形状随着制造工艺的改变而发生变化，生产的胞孔截面形状呈现出方形或多边形。为了使模型简化，把多边形的胞孔视为圆形。因此，剖开泡沫铝展现在剖面上的是多个圆形的胞孔截面。随着制造工艺中工艺条件的改变，泡沫铝的气泡可能会出现横向或纵向的分布不均匀，为了简化模型，模型假设气泡在各个方向上按同一-密度分布。冲击锤冲击泡沫铝时，泡沫铝会在冲击锤运动平面内发生压缩变形，而垂直于冲击锤运动平面的方向的变形几乎为零，所以假设泡沫铝的“宽度”为零，即泡沫铝只是在冲击平面内发生变形。

本模型采用的是两块平板之间放置一块泡沫铝，下平板固定，上平板向 下运动冲击中间放置的泡沫铝模型。模型示意图如图3-2所示。为了模拟泡沫铝结构中胞孔和金属骨架在压缩过程中的变形过程，按照前面的模型假设建立了泡沫铝结构模型，将泡沫铝看作内部具有孔洞缺陷的金属铝，通过控制气泡的大小和数量来控制泡沫铝的相对密度。

模型中定义冲击锤以10m/s的速度冲击放置在刚性墙上的泡沫铝模型，用LS-DYNA的前处理软件FEMB建立泡沫铝模型、冲击锤和刚性墙,冲击锤的质量为16kg。建立模型后对模型进行网格划分，划分网格是采用智能自动网格划分。泡沫铝材料为纯铝的材料参数，材料参数卡如表3-1。冲击锤和刚性墙选用21号材料，RIGID模型。

接触定义是对接触副之间边界条件的定义，接触定义中主要是确定两个接触材料之间的主被动关系。模型中定义变形体为泡沫铝，泡沫铝在接触中是被动的，冲击锤和固定板为刚体。模型中定义泡沫铝和冲击锤间的接触为面对面接触AUTOMATIC_SURFACE_TO__SURFACE，定义泡沫铝和刚性墙之间的接触为AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURPACE，定义模型中的泡沫铝发生单面接触AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE, 冲击锤和固定板与泡沫铝间的摩擦系数为0.3。

为了研究泡沫铝吸收的能量和泡沫铝密度之间的关系，定义了密度为.0.56g/cm3、0.73 g/cm3、0.82 g/cm3的泡沫铝模型，表3-2、表3-3、表3-4分别是三.种不同密度的泡沫铝模型尺寸、气孔数目、气孔个数、材料铝的材料参数，定义冲击锤以10m/s的速度撞击泡沫铝模型，讨论不同密度下泡沫铝的吸能效果。