閉孔泡沫鋁夾芯板交通運輸抗沖擊性能研究30

數(shù)值模擬結(jié)果分析

上述幾組試件的數(shù)值模擬從定量分析角度和試驗結(jié)果分析出發(fā)可以分以下三部分來分析，第一部分為鋼板和夾芯板的等質(zhì)量分析；第二部分為試驗結(jié)果對比分析；第三部分為單層閉孔泡沫鋁夾芯板和多層閉孔泡沫鋁夾芯板的等體積分析。具體分析如下：

(1) 等質(zhì)量分析

從鋼板的SHPB動態(tài)沖擊模擬得出的壓桿的應(yīng)變曲線中可以看出輸出桿的應(yīng)變峰值很大，說明沖擊波經(jīng)過試件后的透射波峰值還是很高，說明鋼板的吸收的能量很少，而閉孔泡沫鋁夾芯板的壓桿應(yīng)變曲線中可以看出輸出桿的應(yīng)變峰值變得很小，說明沖擊波經(jīng)過泡沫鋁夾芯板后大部分能量都被吸收掉了。而且鋼板的變形曲線來看，其變形很小，而閉孔泡沫鋁夾芯板的變形卻是很大，即通過夾芯板的變形能把大部分的能量都吸收掉了。說明比起單純致密材料，如果采用低密度多孔材料與致密材料組合結(jié)構(gòu)，其吸能效果顯著提高。

(2) 試驗結(jié)果與數(shù)值模擬分析比較

通過對上述幾組試件的數(shù)值模擬可以看出單純閉孔泡沫鋁變形尺寸最大，吸收的能量卻是最小，而單面板和夾芯板變形尺寸相對較小，而吸收的能量反而增加了，其中夾芯板的吸能效果明顯好于單面板，說明夾心結(jié)構(gòu)中的泡沫鋁的吸能效率高。再通過與試驗數(shù)據(jù)的比較可以看出這幾組試件的吸能效果有相同的特性。表4.1為試件的動態(tài)沖擊試驗和數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)結(jié)果比較。

            表4.1 試驗和數(shù)值模擬的能量吸收比較

表4.1中可以看出泡沫鋁單面板比起單純泡沫鋁板吸能提高了12%，泡沫鋁單層夾芯板比起單純泡沫鋁吸能提高了27%，雙層夾芯板比起純泡沫鋁板吸能提高了38%，說明相同厚度的板厚下夾芯板的吸能效果好于單面板，結(jié)構(gòu)的層數(shù)越多吸能效果趨向于越好。而且，表中試件模型的厚度變化趨向于變小，多層板的閉孔泡沫鋁變形反而比單層板的閉孔泡沫鋁變形小，夾芯板的厚度變形比單純泡沫鋁的變形小，即相同的沖擊載荷下，相同變形時泡沫鋁芯體夾層板的應(yīng)力高于單純泡沫鋁的應(yīng)力，說明前者抵抗破壞的能力強(qiáng)而且具有更好的強(qiáng)度。

(3) 等體積比較

從單層閉孔泡沫鋁夾芯板的多層閉孔泡沫鋁夾心板的等體積的動態(tài)沖擊模擬中可以看出多層板的吸能明顯高于單層板，而且從變形曲線來看多層板的閉孔泡沫鋁變形反而比單層板的閉孔泡沫鋁變形小。說明多層板閉孔泡沫鋁夾心結(jié)構(gòu)吸能效率更高。

綜上所述，強(qiáng)度大的致密材料與低密度多孔材料的組合更充分的發(fā)揮結(jié)構(gòu)的吸能特性，而且大大提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，從而達(dá)到整體結(jié)構(gòu)的更好的防護(hù)性能。