泡沫铝填充管两种吸能装置吸能特性比较

泡沫铝填充管的模型继续沿用第4章中的冲击模型。根据第4章的研究可知，泡沫铝填充管较薄壁空心管具有更优异的吸能特性。4.3中不同参数下泡沫铝填充管吸能特性研究表明，矩形截面的泡沫铝填充管相对于其它截面形状的泡沫铝填充管具有更好的吸能效果，所以选用矩形截面的泡沫铝填充管应用到汽车保险杠中。本文的泡沫铝填充管主要应用在汽车保险杠中，则冲击锤等效为汽车车体。如果冲击锤的碰撞加速度越大，相当于汽车在碰撞过程中的碰撞加速度较大。汽车在碰撞过程中的最大碰撞加速度是表征汽车碰撞安全的重要参数，汽车碰撞加速度较大，汽车碰撞载荷较大，意味着碰撞时汽车乘员受到的损伤较大。为了保证汽车碰撞安全性，要求最大碰撞加速度越小越好，且最大碰撞加速度延续时间越长吸能量越大。前一章中讨论过泡沫铝填充钢管和泡沫铝填充铝管的吸能特性，填充铝管的最大碰撞加速度仅为填充钢管的最大碰撞加速度的36%，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，所以选用泡沫铝填充铝管应用到汽车保险杠中。
模型中，将截面为矩形的泡沫铝填充铝管应用到汽车保险杠横梁中。为了模拟真实情况下的汽车低速碰撞，定义高密度的质量块来等效实际碰撞中汽车的质量，并且定义质量块以5m/s的初速度碰撞泡沫铝填充管。定义矩形截面填充管边长分别为36mm和54mm,模型高度为46mm,填充管壁厚为1.5mm。泡沫铝选用的密度为0.56g/cm'，材料参数通过第3章的压缩仿真试验获得。
为了对比泡沫铝填充管吸能效果，在进行矩形泡沫铝填充管冲击吸能研究的同时，进行普通圆形空管冲击吸能模拟试验。定义冲击泡沫铝填充管的质量块质量为100kg，定义冲击普通圆形空管的质量块质量为50kg。
矩形泡沫铝填充管冲击吸能和普通圆形空管冲击吸能模拟试验结果如下：
图5-2和图5-3分别为泡沫铝填充管和普通圆形空管的压缩变形图，图5-4为泡沫铝填充管和普通空心管的吸能压缩位移关系曲线。
从图5-2和图5-3中可知，泡沫铝填充管在受到1250J的质量块冲击时发生了几乎完全压溃变形，几乎吸收了完全的能量。泡沫铝填充管的最大吸能量为1144J,普通圆形空心管的最大吸能量为579J。含625J动能的质量块冲击普通圆形空管时，普通圆形空管几乎发生了完全压溃变形，且几乎吸收了全部的动能。通过对图5-4中泡沫铝填充管和普通空心管的吸能压缩位移关系曲线比较可知，两种吸能构件均发生了最大压缩位移，即两吸能构件均达到了最大吸能量，比较得到泡沫铝填充管的吸能量是普通金属圆管的2倍。说明，泡沫铝填充管应用到汽车保险杠中的吸能效果比普通空心铝管的吸能效果好。