空心及PMI泡沫填充铝波纹板夹芯梁冲击性能的数值研究.PDFVIP

第 31 卷 第 6 期 应 用 力 学 学 报 Vol.31 No.6 2014 年 12 月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Dec. 2014 文章编号：1000- 4939(2014) 06-0906-05 空心及 PMI 泡沫填充铝波纹板夹芯梁 冲击性能的数值研究 于渤 1,2 韩宾 1,2 徐雨 1,2 倪长也 1,2 慈军 3 耿丽 4 (1 西安交通大学 轻质结构和材料多学科研究中心 710049 西安；2 西安交通大学 机械结构强度与振动国家重点实验室 710049 西安； 3 广东顺德西安交通大学研究院 528300 佛山；4 永强汽车制造有限公司 523407 东莞) 摘要：已有文献在空心及 PMI 泡沫填充铝波纹夹芯梁受泡沫铝块冲击作用的实验中观察到：泡沫 填充夹芯梁在相同的载荷下，比相同重量的空心夹芯梁产生更大的后面板中点塑性永久位移。为 了分析实验中观察到的现象并揭示其中的力学机理，本文基于商用有限元软件 Abaqus/Explicit 对 空心及泡沫填充铝波纹夹芯梁在冲击下的动态响应进行了数值模拟研究；通过考察芯体与面板间 理想连接和脱粘两种情况，研究了界面粘结性能对夹芯梁抗冲击性能的影响。结果表明，实验结 果介于这两种情况的模拟结果之间。通过分析空心及泡沫填充夹芯梁不同子结构的塑性吸能差异， 发现填充泡沫后夹芯梁的前面板吸能相对于空心夹芯梁有所减小，而后面板的吸能则相对增加。 对两种夹芯梁前后面板中点速度的研究表明，由于填充泡沫的波纹芯体对前后面板的支撑作用增 大，减缓了前面板的变形并加剧了后面板的变形，因此通过填充泡沫可以减小夹芯梁前面板的变 形和撕裂，然而会增大后面板的塑性永久位移。 关键词：罐车罐体；三明治结构；动态冲击；泡沫填充；数值模拟 中图分类号：O347.3 文献标识码：A DOI：10.11776/cjam.31.06.D047 性能并实现结构的多功能化[2-5]，在罐车结构设计上 1 引 言 具有一定的应用前景。 泡沫铝块冲击实验是一种研究结构抗冲击性 波纹板是一种典型的超轻多孔点阵结构，相对 能的典型手段[6-7]。文献[8]考察了不锈钢波纹和 Y 于传统均质结构具有更高的比刚度、比强度以及更 型夹心梁在泡沫铝块冲击下的动态响应，发现芯 好的能量吸收能力[1]，因此将波纹板应用于罐车和 体的各向异性对夹芯梁的抗冲击性能有很大影 罐体结构将有望减小结构在碰撞、冲击等情况下发 响。文献[9]利用数值模拟方法考察了相同面密度下 生的破坏，从而提高罐车运行的安全系数，防止不 的泡沫铝、蜂窝以及波纹夹芯板在泡沫铝块冲击下 必要的生命和财产损失。另外，在不同工况下通过 的响应及能量吸收特性，并且针对结构和材料参数 将点阵结构与其他材料复合可以进一步提高结构的 对其进行了结构优化。笔者曾进行过空心和泡沫填 基金项目：广东省科技厅粤港关键领域重点突破项目(2011A091200008)；国家自然科学基