泡沫铝填充管有限元分析结果

用LS-DYNA进行冲击试验，图4-4和图4-7是泡沫铝填充管和空铝管在三个不同时刻轴向压缩过程中的变形图，发现泡沫铝填充管在轴向压缩时发生轴对称的屈曲变形，圆管中间部位向外隆起，铝管的变形模型和泡沫铝填充管的变形模式相同。

通过LS-PREPOST软件，得到图4-5和图4-8的泡沫铝填充管和空铝管吸能量随时间变化的曲线。从图中可以看出，泡沫铝填充管和空铝管整体吸能过程平稳，最大吸能量可达200J，几乎吸收了冲击锤所有的动能。从泡沫铝填充管和空铝管的压缩位移曲线(图4-6和图4-9)可知，泡沫铝填充管的最大压缩变形量为13.24mm,空铝管的最大压缩变形量为17.84mm。同样冲击条件下，相比空铝管的最大压缩变形量，填充了泡沫铝的薄壁铝管最大压缩变形量减小了26%，这说明泡沫铝填充管相比于空铝管具有吸能更多能量的空间。

经过整理得到泡沫铝填充管和空铝管的吸能量随压缩位移的变形情况，如图4-10所示。

比较发现，泡沫铝填充管和空心管的最大吸能量相等，泡沫铝填充管的压缩位移量小于空心铝管的压缩位移量。在轴向压缩位移相同时，填充了泡沫铝的薄壁铝管吸能量是空铝管的1.4倍。在同样的吸能量下，泡沫铝填充管的压缩位移量远小于空铝管的压缩位移量。这表明，填充了泡沫铝的薄壁铝管相比于同尺寸空心铝管具有更强的吸能能力和更大的吸能余量。

分析泡沫铝填充管吸能特性优于薄壁铝管的原因，在于泡沫铝中存在大量的气穴，在压缩过程中，孔穴孔壁在应力平台区发生屈曲、塌陷，并持续较长，高而宽的应力平台区使泡沫铝具有了较好的能量吸收性能。泡沫铝的压缩变形吸能、空管的褶皱变形吸能以及泡沫铝和空管的相互作用吸能，三者共同作用使泡沫铝填充管吸收的能量远大于普通空心管的吸能量，且相比于单纯的空心铝管有更多的余量来吸收更大的能量。