不同填充长度的泡沫铝的吸能特性

本部分针对泡沫铝填充管中不同填充高度时，在轴向冲击作用下的吸能特性进行比较。模型中铝管的壁厚为1.5mm，铝管长度为46mm。三种不同填充长度分别为完全填充泡沫铝，二分之.-填充长度泡沫铝，四分之-填充长度泡沫铝。

图4-19是不同填充长度的泡沫铝填充管吸能-压缩位移关系，从图中可以看出，不同填充长度的泡沫铝填充管在压缩过程中均吸收了几乎所有的冲击锤动能，填充长度越小的填充管压缩位移越大。完全填充的填充管吸能曲线较平缓，没有明显的拐点，且在相同压缩位移情况下的吸能量大于未完全填充的吸能量，多出的这部分能量是泡沫铝参与吸能的贡献量。二分之-填充长度的填充管吸能曲线发生了一次拐点，且在这次拐点之前二分之一填充长度吸能曲线和四分之一填充长度的吸能曲线相重合，分析二分之-填充长度的填充管吸能曲线发生拐点的原因是压缩过程中泡沫铝产生了吸能效果。同理，四分之- -填充长度的吸能曲线发生拐点时的压缩位移量变大，同样是泡沫铝产生吸能效果的原因。分析不同填充长度的泡沫铝填充管吸能压缩位移关系曲线，可知冲击锤在压缩填充管且未压缩泡沫铝之前，泡沫铝和填充管之间没有明显的相互增强吸能效果的作用。

图4-20是不同填充长度的泡沫铝填充管中冲击锤冲击力曲线。通过图中可以看出，不同填充长度的泡沫铝填充管的冲击力曲线在接触瞬间均迅速增大，且随着压缩过程的继续，冲击力曲线均先增大然后减小。在冲击锤和填充管发生接触时，冲击力在接触瞬间均迅速增大，且完全填充泡沫铝的填充管冲击力最大，但仅相比其它填充长度的冲击力增大了11%。 比较可知，增加的11%是泡沫铝部分在压缩过程中吸收的能量，证明泡沫铝填充管的吸能量主要是填充管溃缩吸收的能量。对比不同填充长度的刚体冲击力曲线可知，受填充管材料强度的影响，泡沫铝填充管整体缓冲效果没有明显优势，相反在四分之一填充长度的泡沫铝填充管在泡沫铝受到压缩时的缓冲效果较差。

本章对泡沫铝填充管的吸能特性进行了仿真分析。通过对泡沫铝填充管和普通空心管在轴向压缩过程中的吸能特性比较分析，对不同壁厚、不同截面形状、不同填充管材料和不同填充长度的泡沫铝填充管吸能特性比较分析，得到如下结论:

(1)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，填充了泡沫铝的薄壁铝管具有更强的吸能能力。

(2)泡沫铝填充管在轴向压缩中，填充管的吸能量要大于泡沫铝的吸能量。(3)在达到相同压缩位移时，泡沫铝填充管吸能量随管壁壁厚的增长而升高。泡沫铝填充管中铝管吸收了大多数的能量，壁厚的增加提高吸能量的同时又会增加重量，这需要在工程设计中如何看待吸能量大小和轻量化之间的关系。

(4)相同截面面积的三种形状泡沫铝填充管中，截面为矩形的泡沫铝填充管比截面为圆形、正方形的泡沫铝填充管具有更好的吸能效果。

(5)相同压缩位移情况下，泡沫铝填充钢管的吸能效果要优于泡沫铝填充铝管，但是泡沫铝填充铝管缓和冲击的效果要好于泡沫铝填充钢管。

(6)不同填充长度的泡沫铝填充管吸能效果不同，完全填充泡沫铝的泡沫铝填充管缓冲吸能效果较好。