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泡沫铝仿真结果与文献的对比验证

日期:22-07-14     时间:04:19 来源: 进口泡沫铝板

泡沫铝仿真结果与文献的对比验证

对于泡沫铝的性能研究,已经做过大量的试验,并且得到很多不同相对密度下的压缩应力应变曲线。泡沫铝受到压缩初期时,泡沫铝发生弹性变形,然后经历应力平台阶段,泡沫孔开始破裂,压缩应力基本保持不变。经过大量的塑性变形后进入到密实化阶段,压缩应力迅速上升。

对密度为0.56g/cm3的泡沫铝压缩变形仿真研究,同真实的压缩应力应变曲线形状相一致,仿真得到的曲线同样具有弹性区、应力平台区和密实区,且模拟得到的应力随应变的变化关系与真实试验得到的应力应变曲线关系曲线一致性较高,大体趋势相同。

对比发现冲击仿真得到的材料屈服极限约为6MPa,而真实冲击试验得到的屈服极限约为8MPa仿真得到的应力应变曲线在应变为40%时应力值迅速上升,较真实试验的应力值上升较快。分析其原因,模型中的气孔形状设置相对于真实的泡沫铝结构过于理想,且真实的泡沫铝中的气孔分布没有模型中的气孔分布均匀,所以仿真得到的泡沫铝模型在压溃过程中的屈服极限相对于真实的泡沫铝屈服极限较小,气孔压溃后的结构相对真实的泡沫铝结构密实化程度高,导致应力值急剧上升。

通过大量的试验研究,Gibson和Ashby建立了一套半成熟的经验公式,用于描述泡沫铝弹性模量和屈服极限相对于相对密度的关系。闭孔泡沫铝相对密度和材料杨氏模量、屈服强度的关系式如下

对于闭孔泡沫铝,由于闭孔材料的相对密度较低,杨氏模量同相对密度间的关系E*/Es=0.311p*/ps)
E*Es泡沫铝、金属铝的杨氏模量(MPa)

p*ps泡沫铝、金属铝的密度(g/cm3)。

根据这一关系计算可以得到密度为0.56g/cm3的泡沫铝的弹性模量为4515MPa根据材料力学,材料的弹性模量为弹性阶段材料的应力与应变之间的比值。由此细化模拟过程中弹性阶段的输出参数,计算得到密度为0.56g/cm3的泡沫铝的弹性模量为4714MPa。通过进行误差计算分析,得到相对误差约为4.4%,说明仿真试验中的泡沫铝模型基本与实际的泡沫铝相符合。

上海益荣金属材料有限公司
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