泡沫铝子弹撞击下多孔金属夹芯板的塑性动力响应研究三十七

实验中夹芯板的前后面板采用2A12-O铝合金，其材料参数分别为密度p_s=2700Kg/m'，弹性模量72.4GPa，屈服强度75.8MPa，泊松比0.33。*MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料模型是DYNA中的3#模型，可描述各向同性和随动强化行为，几乎适用于所有单元类型,这里选用该模型来描述夹芯板面板的材料行为，材料参数的设置与实验保持一致。

描述泡沫材料的模型在LS-DYNA程序中有多种可供选择，然而大多数模型由于参数较多使得计算成本过高，采用较简单模型描述其材料性能将是比较高效的选择。本文计算中，泡沫芯层选用编号为63#的材料模型(*MAT_CRUSHALBE_FOAM)近似描述真实泡沫的性质。该模型参数较少，还能够比较准确描述其特征，使用方便。图4-2给出了应力与体积应变之间的关系。图中从a点卸载直到b点，然后卸载至c点，最后重新加载至d点。之后沿加载曲线加载。该材料模型需要的输入的参数包括:材料编号(Material ID)， 泡沫材料的密度（Density），弹性模量(Yong's modulus)，泊松系数(Poisson's ratio)，加载曲线(Load curve)，拉伸应力截止值(Tensile stress cutoff)及阻尼系数(Damping cofficient)。其中，最关键的是需要输入真实材料的应力与体积应变曲线。该模型认为材料为各向同性，而且沿一个方向压缩。

其中，体积应变定义为：e=△V/V₀。△V为泡沫的体积改变量，V₀为初始体积。V₀可以通过简单计算获得，即V₀=LxLxC,其中，L为泡沫块的边长，C为厚度。想要获得体积改变量还必须计算出当前体积V，基于实验中观察到的泡沫芯层压缩的性质，假定(1)泡沫只在z方向受压；(2)压缩加载下，忽略泡沫的横向变形。则，V可以计算为：V=L▪L▪C(1+ε_z)。因此，在比较简单的情况下，体积应变就等于芯层厚度方向的改变量除以初始厚度。

泡沫铝子弹在计算过程中变形较大，与夹芯板撞击后被迅速压缩，如果采用63#模型描述泡沫铝子弹的材料行为，有限元网格变形过大程序产生畸变警告，随后被迫终止，难以获得结构响应的全记录，采用26#材料模型(*MAT_HONEYCOMB)比较合适,该模型是LS-DYNA用来模拟蜂窝和泡沫材料的力学行为。它可以单独定义所有方向的正应力和剪应力的非线性弹塑性材料行为。具体过程是，在材料压紧之前，*MAT_HONEYCOMB将其当作各向异性，每个方向的正应力和剪应力的应力-应变关系都可以通过输入应力-应变曲线来提供；已经压实的材料(Compacted)的弹性模量随着相对体积(Relative Volume)的变化线性增长，从初始值变化至完全压实。图4-3为泡沫子弹的应力-应变曲线。