爆炸荷载作用下泡沫铝材料缓冲耗能特性数值分析4

采用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析软件来模拟爆炸荷载作用下泡沫铝复合缓冲材料的吸能特性，该软件中的ALE算法及多物质流固耦合算法很好地解决了网格严重畸变的问题，使计算能够稳定的进行。

材料参数和单元的选取

由于闭孔泡沫铅的吸能效率要优于开孔泡沫铝的吸能效率，本文采用闭孔泡沫铝材料。由于爆炸作用产生的质点速度很快，因此材料的本构关系必须考虑应变率效应。在考虑应变率效应情况下，胡时胜等对泡沫铝考虑应变率的应力-应变关系的做了大量的研究，本文数值分析参考这种本构关系，泡沫铝密度为0.6g/cm³，弹性模量为1.2GPa,采用Crushable_foam模型来模拟泡沫铝材料。
采用TNT炸药，利用IS-DYNA中提供的高能炸药模型MAT_HIGH_EXPI0-SIVE_BURN来模拟炸药，并用JWL状态方程来描述高能炸药爆轰产物压力体积关系。TNT炸药的物理参数包括装药密度为1.5g/cm³ ,爆速为7000m/s,爆压Pa为2X10¹⁰Pa▪JWL状态方程P-V关系如式(8)：

p=A[I-ω/R₁v]e-R₁v+B[1-ω/R₂v]e-Rv₂+ωE₀/v                (8)
式中，P表示压力；V为初始相对体积；E₀为初始内能密度；其他均为试验确定的常数，具体取值见表2。

炸药JWL状态方程参数  表2

空气模型假设为非黏性理想气体，冲击波膨胀为绝热过程，采用空材料MAT_NULL模型，并搭配以EOS_LINEAR_POLYNOMIAL状态方程来描述理想气体。线性多项式状态方程如式(9)：

P=C₀+C₁μ+C₂μ+C₃μ³+(C₄+C₅μ+C₆μ²)E，μ=ρ/ρ^o-1          (9)

式中,P为压力；E为单位体积内能；C₀，C₁，C₂ ，C₃和C₆为常数，本文取零，C₄=C₅=0.4；ρ,ρ^o分别表示空气当前的密度和初始的密度，空气的密度取1.29g/am³,初始单位内能为2.5X10⁵J/m³,初始相对体积V。为1.0。

钢板采用带塑性应变率的MAT_JOHNSON_COOK模型，搭配EOS_GRUNEISEN状态方程来模拟，钢板密度取7.83g/cm³，弹性模量取200GPa，泊松比取0.25。

钢筋混凝土板采用塑性随动硬化模型(MAT_PLASTIC_KINEMATIC)来模拟。材料密度取2.45g/cm³，弹性模量取30GPa，松比为0.2，硬化系数β=0。