不同填充管材料泡沫铝的吸能特性

由于不同金属材料的强度不同，为了更好的研究泡沫铝填充管的吸能特性，本部分对泡沫铝填充钢管和泡沫铝填充铝管的吸能特性进行研究。

模型中冲击锤的速度定义为20m/s，钢管材料参数如表4-3所示。

图4-16为冲击锤冲击填充铝管和填充钢管时的加速度曲线。从图中可以看出，泡沫铝填充钢管的碰撞加速度在碰撞初期迅速上升到较大水平，且持续时间较短。泡沫铝填充铝管的碰撞加速度在碰撞初期上升到一个相对较低的水平，且持续时间较长。通过比较可知，泡沫铝填充铝管的碰撞加速度最大值仅为泡沫铝填充钢管的碰撞加速度最大值的36%。这说明泡沫铝填充铝管相比填充钢管具有更好的缓冲性能，能够起到更好的保护作用。

图4-17是泡沫铝填充铝管中铝管和泡沫铝各自的吸能量与压缩位移间的关系，从图中可以看出，在相同的压缩位移情况下，铝管的吸能量要远大于泡沫铝的吸能量。铝管最终吸收了497J的能量，泡沫铝最终吸收了201J的能量，即铝管吸能量约占整体吸能量的71%。

图4-18是泡沫铝填充钢管中钢管和泡沫铝的吸能量和压缩位移的关系，从图中可以看出，钢管吸收了较大部分的能量，约占整体吸能的95%。分析其原因是钢管的屈服极限大于铝管的屈服极限，以及钢的材料强度较高。通过比较可知，泡沫铝填充钢管不如泡沫铝填充铝管的吸能效果明显。

计算可知，泡沫铝的质量约为51g，铝管质量约为37g，钢管质量约为107g。通过对泡沫铝填充铝管和泡沫铝填充钢管的吸能比较，泡沫铝填充铝管作为吸能装置具有更好的吸能效果，而且容易满足轻量化的要求。

虽然泡沫铝填充钢管没有填充铝管的缓冲、吸能效果那么显著，而且整体质量较大，但是其在轴向碰撞过程中的最大压缩量很小，有更多的变形余量来吸收更多的碰撞能量。所以针对这--优势，可以把泡沫铝填充钢管应用在高速碰撞时的吸能结构件中。