闭孔泡沫铝夹层结构耐撞性研究（五十五）

为了进一步了解泡沫铝夹层结构的低速冲击力学响应以及吸能机理，基于有限元分析软件ABAQUS/Explicit模块对泡沫铝夹层结构的低速冲击试验进行仿真建模。由于试验条件限制，未能获得芯层与面板之间胶层的基本力学性能，所以只对未产生明显界面失效的铝合金夹层结构的试件进行仿真建模；本小节主要介绍了AL-F1.5试件的建模细节，比较了实验和仿真的载荷-位移曲线及失效模式，验证了模型的准确性，最后分析了夹层结构各组成部分的吸能特点。

4.5.1有限元模型介绍

本节以AL-F1.5试件为例，根据其实际尺寸建立有限元模型，如图4.15所示，模型中所有部件(包括面板、泡沫芯层和冲头)均采用8节点实体单元C3D8R，冲头、夹持板和支撑板设置为刚体；结构塑性变形较大的区域中(冲头附近)将网格大小设置为0.25mm×0.25mm，此模型总节点数127303，单元数116980。为了模拟试件夹持区域的边界条件，在夹紧板Z轴方向上施加0.5Mpa的压力，并限制夹持板X轴、Y轴方向的平动，而支撑板六个方向的自由度全部限制。由于不考虑界面分离的情况，因此面板与泡沫芯层之间用Tie连接。为了预测泡沫芯层的侵蚀过程，在模型中采用网格的表面侵蚀接触算法。铝合金面板材料采用非线性弹塑性本构模型，使用表2.2中的弹性模量和铝合金的拉伸屈服应力-应变曲线表示，泊松比取0.33，基于shear damage的失效准则模拟铝合金面板的损伤行为；泡沫芯层材料选择ABAQUS/Explicit自带的CRUSHABLE FOAM本构模型，该本构需要输入压缩屈服应力比1.14，泊松比0.01，单轴压缩真实屈服应力-应变曲线等材料参数，此外，由于夹层结构在冲击过程中存在严重的损伤破坏，引入极限压缩应变作为模拟泡沫侵蚀过程的起始准则，断裂应变设定为0.6。对于加载方式，在冲头上引入17.55kg的质量点及相应的初始速度来模拟初始冲击能量。