二十九、闭孔泡沫铝及其夹芯结构的高温力学行为研究

数值模型-1

为验证上述理论模型的正确性,本小节采用显式有限元方法进行数值模拟来，比较分析。有限元模型与理论模型一样，泡沫铝杆一端受刚性质量块冲击，另一端固支在刚性面上。刚性质量块面密度m=0.05g/mm2。由于对称性，有限元模型采用轴对称模型，泡沫铝杆总长度L=200mm,横截面的半径R=60mm,杆的初始密度po=0.323g/cm'。采用均匀网格划分,轴向和径向分别划分60和200个单元(单元大小1mmx1mm),默认轴向每一-层单元定义一种温度下的材料性能。压头和支撑面采用刚性单元(RAX2)模拟，泡沫铝杆采用4节点连续体单元(CAX4R)模拟。
材料模型选用刚性幂指数函数硬化模型。由于通过R-P-P-L模型得到的冲击波应力间断和冲击波波阵面速度对材料参数(如锁定应变ε_L)太敏感，同时模型中的参数又难以合理选取,所以本节数值模拟中选用R-PLH模型。事实上，R-PLH模型更接近真实的泡沫铝材料应力应变关系。根据Castaneda和Suquet的研究结果，如果泡沫金属基体材料的单轴拉伸应力应变关系遵循简单Hollomon幂律,那么泡沫金属的应力应变关系也遵循相同的幕律关系，且幂指数相等。理论模型中的材料是包含刚性的，相同应变时应力可以流动，这在数值计算中会导致不确定性。因此，为保证计算的顺利进行，采用较大的弹性模量E=20GPa来近似刚性，并取弹性泊松比v=0.1。