泡沫铝材料弹性模量有限元模拟
拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响
拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响强斌;刘宇杰;阚前华;陈哲【摘要】泡沫铝材料是一种典型的拉压双模量材料，即受拉与受压时弹性模量不同。
使用ABAQUS 有限元软件对泡沫铝夹芯板的三点弯曲行为进行了模拟。
首先，对泡沫铝芯层采用可压缩泡沫模型，通过对芯层的受拉区和受压区采用不同的弹性模量来讨论拉压弹性模量差异对夹芯板三点弯曲行为的影响。
同时，在泡沫铝压缩响应一致的情况下，对可反映拉压弹性模量差异的孔洞模型和未考虑拉压弹性模量差异的可压缩泡沫模型的夹芯板三点弯曲模拟结果进行了比较。
研究表明，泡沫铝芯层的弹性模量对夹芯板的三点弯曲行为模拟有较大影响。
若不考虑泡沫铝拉压弹性模量的差异，得到的夹芯板三点弯曲情况下的加载刚度和屈服荷载明显偏低。
%Aluminum foam was a typical bimodulous material with different elastic moduli in tension and com-pression.The three-point bending behaviors of sandwich panel were simulated using ABAQUS FEA software. The crushable foam material constitutive model was used to simulate aluminum foam core,and the different e-lastic moduli were adopted in tension and compression zone to study the influence of the elastic moduli.Fur-thermore,the void model with bimodulous character was usedto simulate the three-point bending response of aluminum foam sandwich panels.Based on the same monotonic compression response of aluminum core,the simulated results of void model were compared with that of crushable foam model without bimodulous charac-ter.It was shown thatthe elastic moduli of aluminum foam core has a great influence on the three-point bending behavior of aluminum foam sandwich panels.If thebimodulous effects of aluminum foam was neglected,the simulated loading stiffness and yield load are obviously on low side for the three-point bending behaviour of alu-minum foam sandwich panel.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2013(000)018【总页数】5页(P2701-2705)【关键词】拉压双模量;泡沫铝夹芯板;可压缩泡沫模型;三点弯曲;数值模拟【作者】强斌;刘宇杰;阚前华;陈哲【作者单位】西南交通大学力学与工程学院，四川成都 610031;西南交通大学力学与工程学院，四川成都 610031;西南交通大学力学与工程学院，四川成都610031;西南交通大学力学与工程学院，四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TG146.21 引言泡沫铝作为一种新型的轻质功能材料，其具有低密度、高强度、高刚度比、吸声、吸能等特性，被广泛应用于航天航空、汽车、建筑装饰等领域[1，2]。
泡沫铝小变形压缩的有限元模拟分析
２３期苏华冰，等：基于统计孔径的泡沫铝小变形压缩的有限元模拟分析图４所示。
收钽应变图４线性强化弹塑性材料应力·应变曲线建立一个对泡沫铝块进行压缩实验的二维模型。
考虑到模型的尺寸效应，避免小尺寸带来的随机性和不稳定性，要求模型面积不能太小。
但是，如果模型的面积大，则划分的单元多，运算的时间也会大大地加长。
因此，２一Ｄ模型采用２０ｍｍＸ３０ｍｍ的面积，平面模型上每个方向的最小尺寸为最大孔径的８倍、平均孔径的２０倍以上。
表２泡沫铝基体材料性能建立的模型如图５所示，由三部分组成，中间部分是泡沫铝试件，底下是同定的垫板，顶面是只能产生竖直向下位移的压板。
压板和垫板的弹性模量约为泡沫铝基体材料的１００倍，而且厚度相对泡沫铝部分较小，所以施加在压板上的竖向位移荷载可以看成只作用在泡沫铝上，压缩变形几乎由泡沫铝部分承受。
模型设定的材料属性如表２所示。
图５泡沫铝压缩实验模型图６网格划分后的泡沫铝局部模型网格划分采用智能网格划分。
智能网格划分在小孔周围，曲率较大的地方将自动进行网格加密。
网格划分等级采用２级。
划分网格后的局部模型如图６所示。
３．２模型应力分析对压板施加位移荷载。
这里以相对密度为ｏ．３的模型为例，对压板施加向下（ｙ轴负方向）的竖向位移。
考虑到要避免模型单元的畸变过大，对模型施加３．８％的压缩应变。
其戈方向应力、Ｙ方向的应力、第一主应力、第三主应力云图（模型局部）如图７～图１０所示。
图７髫方向应力云图图８Ｙ方向应力云图图９第一主应力云图图ｌＯ第三主应力云图图７和图８中，以孔隙为中心，上下孔壁较多地表现为拉应力（红黄色），左右孔壁则较多地表现为压应力（蓝绿色），说明上下孔壁多处于受拉状态，左右孔壁多处于受压状态。
图９为第一主应力云图，表现为拉应力，较大值（红黄色）大多出现在孔隙的上下孔壁。
这些出现科学技术与工程９卷第一主应力较大值的孔壁大致可以连成一条条的横向受拉带。
图１０为第三主应力图，表现为压应力，较大值（蓝绿色）出现在孔隙的左右孔壁。
有限元模拟在泡沫铝力学性能研究上的应用现状与展望
２ １ 年第 １ ０２ 期
力一 应变关系随泡沫铝几何参数和应变率 的变化规
律 与多 数相 关参 考 文献 的实验 研究 结果 一 致 ， 明 说 有 限元仿 真方法 的可 信性Ｉ。 ｎ 】 太 原 科 技 大学 的王 录才 、 王艳 丽 等 ， 泡 沫 铝 把 孔 穴 假设 成 为理 想 的 正 四 面体 、 正八 面体 、 四面 十 体结 构 ， 用有 限元程 序包 Ｄ Ｆ Ｒ ３ Ｅ Ｏ Ｍ一 Ｄ进 行 准静 态 压 缩试 验 的有 限元 模 拟 ， 到 纯铝 和铝 硅 合金 基 体 得 正 四面体 、 八 面体 、 四面 体单 元 模 型 的压 缩 载 正 十 荷一 时间 曲线 、 应力 一 间曲线 、 时 应变 一 间 曲线 和应 时 力 一 变 曲线 。证 明基体 材料 对 泡沫 铝 的性 能影 响 应
分析 各 向异 性对 大 变形 下 的压 缩行 为 的影 响 ， 有 还
吸收效 果 好 ，十 四面 体单 元模 型更 符 合 实际 情况 ，
采用铝 的各种合金将会提高泡沫金属的力学性能 。 同时还 采 用 圆孑假 设 、 匀化 假设 和 滑动 库仑 假 设 Ｌ 均 对 宏 观 整体 模 型 进 行模 拟 ， 到 不 同孑 径 、 同材 得 Ｌ 不
用 近似 泡 沫 铝 结 构 的 有 限元 模 型来 代 表 真 实 泡 沫 铝， 因此 必 然 导致 结 果 的偏 差 ， 怎样 选 择 和建 立 更
东 南 大 学 的 王洪 霞 将 泡 沫 铝 视 为 具 有 高 密 度 缺 陷 的金属 ， 设 孑 洞均 匀 分 布 ， 假 Ｌ 选用 工业 纯 铝 为 基 体 材 料 ，采 用 幂 强化 塑 性 模 型 利 用 Ａ Ｓ ＳＬ — Ｎ Ｙ ／Ｓ
（ 太原科技 大学 ， 山西 太原
泡沫铝_聚氨酯复合墙力学性能试验研究
学 位 论 文泡沫铝/氨酯复合墙力学性能试验研究Experimental Study on Mechanical Properties ofAluminum Foam/ Polyurethane Composite Wall于丽丽指导教师姓名李爱群教授北京建筑大学娄宇教授级高工中国电子工程设计院申请学位级别硕士学位类别工学硕士所属学科建筑与土木工程年级 2015级学号 2108521315007 论文答辩时间 2018 年 6 月答辩委员会主席曾德民研究员论文评阅人初明进教授赵大亮副教授级高工摘要泡沫铝是以铝或铝合金为骨架，内含大量孔洞的轻质多孔材料。
泡沫铝特殊的空间结构特性使其兼有金属及气泡特征，具有优越的缓冲吸能性能，是近年来得到发展并被广泛应用的新兴材料。
通过向泡沫铝的孔洞中填充聚氨酯粘弹性材料，可获得性能更优的结构－功能一体化材料，从而扩宽泡沫铝在减震领域的应用范围，为土木工程结构振动控制提供新手段。
本文采用试验研究与数值拟合的方法对泡沫铝和泡沫铝/聚氨酯复合材料的压缩与拉伸力学性能进行了相应的探究；提出了一种由泡沫铝和泡沫铝/聚氨酯复合材料制成的新型墙体构件，为探究其在结构振动控制领域内应用的可行性进行了相关试验研究。
本文的主要研究如下文所示：1. 通过对21个泡沫铝、聚氨酯及泡沫铝/聚氨酯复合材料试件进行单调压缩加载试验，分析其受力全过程，并通过对关键受力特征点和特征值的计算及压缩应力－应变曲线的对比，考察高宽比、孔隙率两因素对材料力学性能的影响。
同时，利用Avalle 泡沫材料唯象力学本构模型，对不同高宽比下孔隙率不同的泡沫铝及泡沫铝/聚氨酯复合材料的单调压缩曲线进行拟合，得到各高宽比下的压缩本构公式，为预测泡沫铝及泡沫铝/聚氨酯复合材料的单调压缩性能提供了重要保证。
2. 通过对18个泡沫铝及泡沫铝/聚氨酯复合材料试件进行单调拉伸加载试验，探讨材料的拉伸受力过程，并通过对拉伸应力－应变试验曲线及关键受力特征值的对比，研究孔隙率和材料厚度对其力学性能的影响，同时，对比分析了泡沫铝及泡沫铝/聚氨酯复合材料的单调压缩与拉伸性能。
从UMIST库Glbodies大厦幕墁弹塑性有限元建模参数提取模拟建议
从UMIST库Glbodies大厦幕墁弹塑性有限元建模参数提取模拟建议Glbodies大厦是一座位于UMIST库的标志性建筑，其结构复杂且独特。
在进行幕墁弹塑性有限元建模时，正确提取参数是确保模拟结果准确的重要步骤。
本文将为您介绍从UMIST库Glbodies大厦的幕墁弹塑性有限元建模中提取参数的模拟建议。
1. 结构材料参数的提取：在进行弹塑性有限元建模时，准确提取结构材料参数至关重要。
在模拟Glbodies大厦时，首先需要确定钢筋、混凝土和其他结构材料的材料性能值。
这些参数可以通过实验测试获取，如抗压强度、抗拉强度、弹性模量等。
然后，根据材料的具体特点，使用适当的本构模型将这些参数引入模型。
2. 建筑结构参数的提取：在幕墁弹塑性有限元建模中，需要准确提取建筑结构的几何参数。
对于Glbodies大厦，建筑结构包括建筑的高度、宽度、楼板的厚度等。
这些参数可以通过详细的测量和细致的工程图纸得到。
确保测量和绘制过程的准确性非常重要，以避免在模拟过程中引入误差。
3. 加载条件的提取：在进行模拟建模时，需要准确提取实际工况下的加载条件。
对于Glbodies大厦，加载条件可能包括风荷载、地震荷载等。
这些加载条件的大小和方向必须经过详细计算或测量得到。
此外，还需要注意加载时间的选择和加载模式的确定，以反映实际工况下的变化。
4. 界面参数的提取：在Glbodies大厦的幕墁弹塑性有限元建模中，准确提取界面参数非常重要。
界面参数定义了不同构件之间的接触条件，如幕墁与结构之间的黏结性。
界面参数的设置通常需要实验数据的支持，例如黏结强度、摩擦系数等。
通过准确提取界面参数，可以更好地模拟实际结构的行为。
5. 网格划分的优化：在模拟建模之前，需要将结构进行合理的网格划分。
对于Glbodies大厦的幕墁弹塑性有限元建模，需要将结构细分为适当的单元，以充分反映结构的几何形状和物理特性。
同时，还需要注意网格的划分密度，以保证在模拟过程中获得准确的结果。
落锤冲击性能的数值模拟
落锤冲击下泡沫铝的应力数值模拟作者：R. Rajendran *, A. Moorthi, S. BasuBARC原子设备研究中心，卡尔帕尔姆泰米尔纳德邦，印度摘要：在自由落体的铁锤的冲击下，我们进行泡沫铝的数值模拟仿真实验。
所进行的静态轴向压缩试验是基于三种不同密度的材料，在此之前我们要获取材料性能。
实验结果表明，粗网格性能材料能够验证真确的预测结果。
通过仿真实验，我们对不同密度的泡沫，不同的冲击速度下的泡沫铝参数进行了研究，最终得出了实验的结论。
关键词：泡沫铝位移应力能量.1.导论实验的对象我们选择了泡沫铝材料，其主要原因在于''木桶运动中的能量吸收原理''。
在自由落体下的木桶，动能的变化短暂的使动态应力发生非常高的程度的变化，这些应力可以损害完整的木桶。
国际原子能机构（原子能机构）安全标准系列规定，木桶在9米的高度进行自由落体，模拟最有害的下降速度达到了48公里每小时。
自由落体冲击实验进行了模型缩比，从而仿真了木桶的模拟下降状态[ 4–6 ]。
泡沫铝之间的模型和刚性表面大大降低了作用在模型上的力，使其所衍生的应力小于它的承受应力。
泡沫铝的数值变型实验被不同的科学家所研究。
马吉德【7】等人建立了准静态的三维非线性有限元模型，并且进行了破碎的填充泡沫铝箱实验，通过假设一个米塞斯型材料以及标准化了的硬化铝盒泡沫来建成了水平的模型，而且确保每一层都含有一个单层的固体元素。
每一个单层的节点都与其相邻的节点相连接。
然后根据LS – DYNA，aktay软件进行了准静态破碎挤塑聚苯乙烯泡沫薄壁铝管分析实验，实验中这些节点就会紧密的结合在一起，使其数值解具有有限元代码功能。
铝管节点模型使用（belytschko-tsay-40）材料的薄壳单元，同时实验中的聚苯乙烯泡沫模型使用压碎泡沫固体模型。
里佐夫[ 9 ]调查弹性–塑料行为的闭孔泡沫细胞受到点和线负载的实验和数值模拟的影响。
拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响
即 受 拉 与 受 压 时 弹 性 模 量 不 同 。使 用 ＡＢ ＡＱＵＳ有 限
元 软 件 对 泡 沫 铝 夹 芯 板 的 三 点 弯 曲 行 为 进 行 了模 拟 。
首先， 对 泡沫铝 芯层 采 用可压 缩泡 沫模 型 ， 通 过 对 芯 层
Ｄｅ ｈ ｓ ｐ ａ ｎ ｄ ｅ Ｆ ｌ ｅ ｃ ｋ ［ ３ 模 型 的 可 反 映 泡 沫 材 料 特 性 的 本 图１ 泡 沫铝 压缩 名义 应力 应 变 曲线［ １ 。 ］
Ｆｉ ｇ １ Ｔｈｅ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｎｏ ｍｉ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ — ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｃ ｕ ｒ ｖｅ ｏ ｆ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎｕ ｍ ｆ ｏ ａ ｍ
强
斌 等： 拉 压 弹 性 模 量 差 异 对 泡 沫 铝 夹 芯 板 三 点 弯 曲模 拟 的影 响
文章 编号 ： １ ０ ０ １ － ９ ７ ３ ｌ （ ２ ０ １ ３ ） １ ８ ２ ７ ０ １ ０ ５
拉 压 弹 性模 量 差 异 对 泡 沫 铝 夹 芯 板 三点 弯 曲模 拟 的影 响
泡沫 铝力 学行 为 的研 究 主要 集 中在 实 验 研 究 、 细 观力 学模 型研 究 和数值 模拟 ３ 个 方 面 。在泡 沫铝 结 构 数值
模拟方面， 若采 用 真 实 孔 洞 模 型 ， 建模复杂 ， 计 算 量 巨 大， 一 般 均将泡 沫 铝视 为均 匀材 料 ， 采用 相应 的本 构模 型来 反 映 其 特 殊 力 学 性 能 。在 主 流 商 用 有 限 元 软 件 中， ＡＢ ＡＱｕｓ和 ＡＮＳ ＹＳ ／Ｌ Ｓ — Ｄ ＹＮＡ 者 Ｂ 嵌 入 了 基 于
泡沫铝三明治板冲压成形数值模拟分析
基金项 目：东莞市 高等 院校 、科研机构科技计划项 目 （ ２ ０ １ ２ １ ０ ８ １ ０ ２ ０ ４ ６ ） 。
作者简介 ：陈盛贵 （ １ ９ ８ ４ 一） ，男 ，广东汕尾人 ，工程师 ，主要从事有限元分析 、快速成型及激光加工研究。
泡 沫 铝 三 明治 板 冲 压 成 形 数 值 模 拟 分 析
陈盛贵 罗剑英 邓世春
（ 东莞理工 学院
孙振 忠
５ ２ ３ ８ ０ ８ ）
机械工程学院 ，广东东莞
摘要 ：基 于塑性力 学理论研 究 了泡沫金 属材料的有 限元模 型 ，在此基 础上利 用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软件 对泡 沫铝 三
刚 度 的泡沫 铝夹 芯结 构 正成 为研 究 热 点 之一 Ｊ 。泡 沫 铝 夹 芯结 构 可分 为两 种 ：夹 芯 板 结 构 、填 充 管 结 构 。夹 芯板 结构 通 常是 芯层 为泡 沫 铝 ，上 下 层 为铝 板 或 其 他金 属 薄板 ，例 如 泡沫 铝 三 明治 （ Ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ｕ ｍ
力分 布 ，对 车身抗 冲击安 全性 有 较 大 的 提 高 。Ｃ ｏ ｎ ｔ ｏ ｒ ｎ ｏ Ｄ 等 研 究 了 Ａ Ｆ Ｓ板 材 的 冲压 性 能 ，试 验 和 数值 模拟 相结 合研 究 了成 形过 程 中板厚 的变 化规 律 ，以及泡 沫芯 材料 相对 密度 的变 化及 分布 ，试验 和数 值计 算结 果 符合 的较 好 。 与 国外 相 比 ，国 内对 泡 沫铝夹 芯 结 构 的应 用及 力 学性 能 的研 究 较 少 ，起 步 较 晚 。谢 中友 等 用 实
性 能也 产生很 大影 响 。这些 都表 明泡 沫金 属材 料 的力 学性 能 与 一般 金 属材 料 相 比有 较 大 的不 同。孔
泡沫铝材料防护性能的数值模拟
·82·兵工自动化Ordnance Industry Automation2018-0537(5)doi: 10.7690/bgzdh.2018.05.021泡沫铝材料防护性能的数值模拟崔小杰，张国伟(中北大学机电工程学院，太原 030051)摘要：为了解不同材料参数对防护结构防护性能的影响，对泡沫铝材料防护性能的数值进行模拟。
针对应用AUTOUDYN软件数值模拟单一泡沫铝作防护材料时对爆炸冲击波的衰减特性，设计防护结构为圆柱形的3维实体，根据圆柱形轴对称的特性，建立2维仿真简化模型，采用2维欧拉多物质算法数值模拟单一泡沫铝圆柱形防护结构，得出其对爆炸冲击波的衰减效果。
结果表明：泡沫铝对冲击波有着显著的衰减作用，可为泡沫铝在相关复合防护结构中的应用提供参考。
关键词：AUTODYN；泡沫铝；材料参数；爆炸冲击波；衰减；数值模拟中图分类号：TJ410.3 文献标志码：ANumerical Simulation of Protective Performance of Foamed Aluminum MaterialsCui Xiaojie, Zhang Guowei(College of Mechatronic Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China) Abstract: In order to understand the influence of different material parameters on the protective performance of protective structure, the numerical simulation of the protective performance of aluminum foam material was carried out. The attenuation characteristics of blast wave were studied by using AUTOUDYN software to simulate single aluminum foam as protective material. According to the characteristics of cylindrical axisymmetry, a simplified 2 dimensional simulation model is established, and a two-dimensional Euler multi-material algorithm is used to numerically simulate a single aluminum foam cylindrical protective structure. The results show that aluminum foam has a remarkable attenuation effect on shock wave, which can be used in the related composite protective structure. And it also provides reference for application of foam aluminum in related complex defense structure.Keywords: AUTODYN; foam aluminum; material parameter; explosion shock wave; attenuation; numerical simulation0 引言近年来，泡沫铝因其优良性能被作为防护材料广泛应用于各个领域。
泡沫金属夹芯板的三维建模方法及力学性能模拟
MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERING------------------------------------------------------------2020垄兰月第44卷第12期_Vol.44No.12徑.2020 DOI：10.11973/jxgccl202012017泡沫金属夹芯板的三维建模方法及力学性能模拟曲祥生「，王立华「，鞠燕2,刘大伟'，张华林I,朱正江I,胡曰博」(1.昆明理工大学机电工程学院，昆明650500；2.广东工学院工业自动化系，肇庆526100；3.齐鲁工业大学材料科学与工程学院，济南250300)摘要：详细描述了基于MATLAB软件建立泡沫金属夹芯板三维随机模型的过程，采用ANSYS有限元软件对泡沫金属夹芯板的准静态压缩性能进行了模拟，并与试验结果进行了对比；采用所建立的三维随机模型研究了泡沫铝夹芯板在冲去载荷作用下的动态力学性能。
结果表明：采用三维随机模型模拟得到的准静态压缩真应力-真应变曲线整体上与试验结果吻合，均包括弹性阶段、屈服阶段与致密阶段,相对误差小于10%,这验证了模型的有效性与可靠性；在相同初始速度(80,100,200m-s_1)下冲击后，孔隙率60%的泡沫铝夹芯板的应力峰值与吸收能量均比孔隙率50%的低；相同孔隙率泡沫铝夹芯板的初始应力峰值、平台应力和吸收能量均随着初始冲击速度的增大而增大。
关键词：建模方法；三维模型；泡沫金属夹芯板；力学性能中图分类号：O341；TG14文献标志码：A文章编号：1000-3738(2020)12-0091-063D Modeling Method and Simulation for Mechanical Properties ofFoam Metal Sandwich PanelQU Xiangsheng1.WANG Lihua1,JU Yan2,LIU Dawei1,ZHANG Hualin*,ZHU Zhengjiang',HU Yuebo3(1.Faculty of Mechanical and Electrical Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming650500,China；2.Department of Industrial Automation,Guangdong University of Technology,Zhaoqing526100,China；3.Faculty of Materials Science and Engineering,Qilu University of Technology,Jinan250300,China)Abstract:The establishment of a3D random model of foam metal sandwich panel based on MATLAB software was described in detail.The quasi-static compression performance of the foam metal sandwich panel was simulated by ANSYS finite element software,and was compared with the test results.The dynamic mechanical properties of the foam aluminum sandwich panel under impact load were studied by the established3D random model.The results show that the quasi-static compression true stress-true strain curves simulated by the random model were basically consistent with the test results,all having elastic stage,yield stage and compaction stage；the relative error was smaller than10%,verifying the effectiveness and reliability of the model.After impact at the same initial velocity(80,100,200m*s_1),the peak stress and absorbed energy of the foam aluminum sandwich panel with porosity of60%were lower than those with porosity of50%.The peak initial stress,platform stress and the absorbed energy of the foam aluminum sandwich panel with the same porosity increased with initial impact velocity.Key words:modeling method;3D model;foam metal sandwich panel；mechanical property0引言泡沫金属夹芯板作为一种新型结构材料，具有收稿日期：2019-08-20；修订日期:2020-08-21作者简介：曲祥生(1994-),男，山东烟台人，硕士研究生通信作者(导师)：胡曰博副教授较高的刚度质量比,且其夹层结构具有比强度高、比刚度大、质量小、吸能能力强等优点，因此该材料广泛应用在汽车、航天、军事、造船、包装等领域〔⑷。
泡沫铝有限元仿真模型研究现状
㊀第43卷㊀第4期2024年4月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.43㊀No.4Apr.2024收稿日期:2022-10-13㊀㊀修回日期:2023-08-31基金项目:国家自然科学基金项目(51904179);山东省自然科学基金项目(ZR2023ME148);山东省精密制造与特种加工重点实验室项目(5322027)第一作者:曹梦真,女,1999年生,硕士研究生通讯作者:安钰坤,男,1987年生,副教授,硕士生导师,Email:anyukun277@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202210016泡沫铝有限元仿真模型研究现状曹梦真1,邱田伟1,安钰坤1,2(1.山东理工大学机械工程学院,山东淄博255000)(2.山东鸿宇风机有限公司,山东淄博255300)摘㊀要:泡沫铝作为一种兼具结构性和功能性的轻质多孔金属材料,具有优异的阻尼减震㊁吸能防护㊁电磁屏蔽等特性,呈现出广阔的应用前景㊂为改进和拓展泡沫铝在各工业领域的应用,对泡沫铝材料的有限元仿真模拟应运而生,对其的仿真模型也日趋完善㊂综述了泡沫铝仿真模拟中的孔泡建模研究进展,归纳分析了所采用的构建方法与研究结果,总结了各仿真模型的优势和不足,并对泡沫铝仿真建模的发展趋势做出了展望,指出将三维逆向重构技术引入仿真建模,以及将理论分析㊁建模模拟和实验研究相结合是现阶段重要的研究方向㊂关键词:泡沫铝;数值模拟;有限元方法;仿真模型中图分类号:TG146.2;O346㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2024)04-0323-08引用格式:曹梦真,邱田伟,安钰坤.泡沫铝有限元仿真模型研究现状[J].中国材料进展,2024,43(4):323-330.CAO M Z,QIU T W,AN Y K.Research Status of Finite Element Simulation Model of Aluminum Foams[J].Materials China,2024,43(4):323-330.Research Status of Finite Element SimulationModel of Aluminum FoamsCAO Mengzhen 1,QIU Tianwei 1,AN Yukun 1,2(1.School of Mechanical Engineering,Shandong University of Technology,Zibo 255000,China)(2.Shandong Hongyu Ventilator Limited Company,Zibo 255300,China)Abstract :As a kind of lightweight porous metal with both structural and functional performances,aluminum foam presentsexcellent damping,energy absorption protection,electromagnetic shielding,and other characteristics.Hence,aluminum foam shows broad application prospects.To improve and expand the application of aluminum foam in various industrial fields,the finite element simulation of aluminum foam emerges,and the simulation models are constantly improved.This pa-per focuses on the bubble modeling in aluminum foam simulation,summarizing the construction methods,research results,and the advantage and disadvantage of each model.Additionally,the development trend of aluminum foam simulation model-ing is prospected,such as incorporating 3D reverse reconstruction technology into the modeling process and integrating theo-retical analysis,simulation modeling,and experimental research.Key words :aluminum foam;numerical simulation;finite element method;simulation model1㊀前㊀言泡沫铝是一种由铝合金基体和孔泡复合而成的新材料[1,2],既具有金属材料的结构特性,又有多孔材料的功能特性㊂轻质㊁高比强度㊁阻尼减震以及电磁屏蔽等特性使泡沫铝材料在建筑㊁汽车㊁航天航空等领域拥有广阔的应用前景[3,4]㊂然而,在泡沫铝的发泡制备中,发泡剂是否均匀分散㊁孔泡是否稳定,均会显著影响发泡效果进而影响材料性能㊂为准确模拟实际泡沫铝的性能,构建一个多孔泡沫铝模型是仿真模拟的基础㊂有限元法(finite element method,FEM)又称有限元分析(finite element analysis),由Clough [5]在20世纪70年代首次提出,它作为一种可以用来解决力学问题的数值近似方法,随着计算机的发展不断崛起,被逐步引入多孔中国材料进展第43卷金属材料的模拟研究中[6,7]㊂在建模过程中只需改变相应参数,即可得到不同孔隙分布的模型,缩短试验周期,节约成本提高效率,同时解决泡沫铝样品在实验中不可重复的问题,具有一定的前瞻性㊂同时,仿真模拟也可作为理论分析和实验测试强有力的工具,预测多孔材料宏观尺度的力学性能和破坏损伤机制,有效解决实际生产中的诸多问题㊂目前,有许多微尺度模型可以体现出泡沫铝的结构特性,本文将多孔泡沫铝的仿真模型分为3类:简单晶胞模型㊁随机模型和三维CT重构模型㊂本文针对不同类别具有代表性的模型进行详细阐述,并归纳模型的构建方法与研究结果,分析模拟结果与实验结果的差异,对各模型的优势与不足进行深入探究㊂2㊀简单晶胞模型早期学者对泡沫铝的结构不甚了解,仅用简单实体结构模拟泡沫铝的孔隙,即代表体积单元(representative volume element,RVE)[8,9],又称为镶嵌法[10]㊂该三维模型是将一个独立基本单元不断复制与堆砌形成的,多采用简单立方或近球体模拟孔泡形态㊂RVE法可通过增加晶胞点数或面数提高复杂性,但模型构造方法保持不变㊂2.1㊀立方胞体模型受金属晶体晶格结构[11]的启发,研究人员通过不断堆砌实体单元构建出多孔材料结构㊂立方胞体作为最简单的晶格结构,分为简单立方㊁面心立方和体心立方3类,且此构造方式可以形成具有良好对称性和周期性的高孔隙率几何模型㊂图1为Libonati等[12]建立的3类立方胞体单胞模型(其参数特性如表1所示),该模型可在一定程度上模拟泡沫铝的孔隙结构,在准静态压缩状态下呈现典型的线弹性㊁塑性平台和致密化3个变形阶段,且变形失效模式与实验测试结果高度相关[13],如图2所示㊂袁本立等[14]对1/8胞体结构模型沿z轴加载模拟发现,简单立方结构支撑棱柱存在不均匀性,中心位置与节点过渡处部位差异较显著,在结构吻合度方面略逊于面心立方和体心立方结构㊂刘培生等[15]的八面体模型构造原理与面心立方相似,单元错落有致地分布在3个相互垂直的三维方向上,实现结构整体的密堆积,该模型的承载模拟表明结构状态和承载状态是完全等价的,具有三维同性的优势,然而仅适用于孔隙率大于70%的多孔结构㊂简单的整体结构使立方胞体模型在模拟孔隙率高于80%的试样时结果较为准确[16],但它无法模拟复杂多变的孔隙结构,因此建模精度不高,不能真实地反映多孔材料的力学性能㊂2.2㊀Gibson-Ashby模型美国麻省理工大学Gibson和英国大学Ashby在研究泡沫铝力学性能时构建了Gibson-Ashby经典模型[17],如图3所示[18],该模型由1个孔隙单元和12根相互垂直的棱柱组成,立方框架结构简单均匀且具有各向同性㊁普适性及广泛的应用价值[19]㊂同时,Gibson也最早采用三段式分段函数来表征泡沫铝的应力-应变曲线,从细观梁弯曲理论角度展现了线弹性区㊁屈服平台区和致密化区3个变形阶段,并充分考虑到闭孔泡沫铝的胞壁延展变形,给出了泡沫材料压缩强度表达式:σ∗pl=C1φ㊃ρ∗ρs()3/2+C2(1-φ)㊃ρ∗ρséëêùûú㊃σys(1)其中,ρ∗和ρs分别为泡沫和基体的密度,σ∗pl和σys分别表1㊀立方胞体结构参数及与相对密度的定量关系Table1㊀Cubic cell structure parameters and relationships with relative density Cell type Cell structure Ratio of sphere radius Equations of relative densitySingle-centered cubic cell model Open-cellClosed-cell1/2<r s/a<2/20<r s/aɤ1/2ρfsρs=8π3(r s/a)3-3π(r s/a)2+π4+1ρfsρs=1-4π3(r s/a)3Face-centered cubic cell model Open-cellClosed-cell2/4<r f/a<6/60<r f/aɤ2/4ρffρs=80π3(r f/a)3-122π(r f/a)2+22π+1ρffρs=1-16π3(r f/a)3Body-centered cubic cell modelOpen-cellPartial open-cellClosed-cell1/2<r b/a<32/83/4<r b/aɤ1/20<r b/aɤ3/4ρfbρs=52π3(r b/a)3-(7+43π)π(r b/a)2+34+712()π+1ρfbρs=8π(r b/a)3-43π(r b/a)2+34π+1ρfbρs=1-8π3(r b/a)3423㊀第4期曹梦真等:泡沫铝有限元仿真模型研究现状图1㊀3种立方胞体单胞模型及三维实体模型[12]Fig.1㊀Single cells and the three-dimensional solid models of three cubic cell models[12]图2㊀基于3种立方胞体模型模拟的准静态压缩下的变形失效模式及与实验结果对比[13]Fig.2㊀Simulated deformation failure modes of three cubic cell models under quasi-static compression and comparisons with experimental results[13]图3㊀Gibson-Ashby 模型[18]:(a)单胞模型,(b)拉伸位移及应力云图Fig.3㊀Gibson-Ashby model [18]:(a)single cell model,(b)tensile displacement and stress contour523中国材料进展第43卷为泡沫材料和基体材料的屈服强度,φ为孔棱所占基体材料的体积分数㊂然而,由于发泡过程中孔泡的随机分布,无法有效控制孔棱整体分布,且孔棱与孔壁的分界无统一标准,因此,实际微观结构与理论微观结构仍存在差别,造成理论弹性模量与临界屈服应力高于实际所测结果[20]㊂Tereza等[19]在建模时通过增加棱柱厚度压缩中央孔洞体积构建了不同孔隙率的Gibson-Ashby模型,并发现该模型对大于70%的高孔隙率材料可实现有效预测,相对电导率和相对杨氏模量的预测结果与实验结果都相差4%左右㊂Haag等[21]通过实验对比发现,Gibson-Ashby 模型只能对几何模型失稳显著的泡沫结构进行稳态蠕变行为预测,且只能预测泡沫蠕变率的下限,具有很大的局限性㊂刘培生[22]分析发现该模型结构具有无法密堆积㊁棱柱结构不完全等价等缺点,导致受力效果不够理想以及裂纹扩展方式与受力分析存在偏差㊂2.3㊀Kelvin模型Kelvin模型的单胞由8个正六边形和6个正四边形组成,具有26个顶点和36根棱边,又称十四面体模型(图4)㊂该模型单胞可按周期性规则排列填满整个空间,也被认为是最接近泡沫金属的结构模型[23],在模拟低密度的泡沫金属时更具有真实性㊂Kelvin模型属于RVE方法中的一种类型,可通过增加几何结构的复杂性使模型接近真实孔泡㊂Belardi等[24]及Jang等[25]对传统Kelvin 模型进行了改进,建立了沿带离散变化的圆形截面有限元梁模型,并用光束模型校正节点的弹性特性,使该模型在力学性能方面与实体结构的差异大大缩小,且计算量远低于实心Kelvin模型㊂Zheng等[26]与Duan等[27]分别利用LS-DYNA及ABAQUS/Explicit2种有限元模拟软件研究了准静态Kelvin模型单胞的力学响应和变形模式,发现变形模式是从加载端逐渐积累应变,并通过渐进堆积完成整体变形㊂Sun等[28]认为Kelvin模型未考虑顶点对力学性能的影响从而高估了材料的杨氏模量,在应力-应变图中无法准确展现出压缩平台区域㊂对称分布的宏观Kelvin力学模型无法模拟微观结构对整体的影响,致使所得结果与实验结果存在不少偏差㊂图4㊀Kelvin模型结构建模步骤[23]Fig.4㊀Modeling steps for Kelvin modeled structure[23]3㊀随机模型由于用宏观力学模型模拟微观结构特征准确度不高,近年来,诸多学者通过构建随机模型来模拟具有高度复杂孔隙结构的泡沫金属的力学行为㊂与简单晶胞模型同质化连续统一方法不同,随机模型可以模拟泡沫铝发泡成形的过程,实现胞孔随时间/空间的变化,具有非均质多尺度的优势㊂3.1㊀随机胞孔模型随机胞孔模型可分为二维和三维2种,是将简单胞孔在一定平面或空间随机排布而形成的随机模型,可通过调整胞孔尺寸参数和数量来改变孔隙结构,实现随机模型的整体构建㊂Dou等[29]结合C++和ANSYS/LS-DY-NA软件建立了不同相对密度(20%,30%和40%)的二维随机模型,采用圆形孔泡随机分布的建模方式,探究不同相对密度下微惯性效应对应变率效应的影响㊂分析发现相对密度越高应变率效应越明显,该结论与实验结果保持一致,但由于孔壁缺陷,模拟值与实验结果相差10%左右[30]㊂三维随机模型分为球形㊁椭球形和多面体形,该类模型构建步骤如下:先构造一个立方体模型,设定孔隙率㊁孔径范围及最小壁厚等参数,在立方体空间随机生成形核点,使形成的实体胞孔随机排列且不会干涉,最后运用布尔运算即可得到三维随机模型㊂该法得到的模型孔隙结构更接近真实泡沫铝,且仿真结果与实验结果趋于一致㊂Fang等[31,32]利用凸多面体模型模拟泡孔隙单元形成泡沫铝模型并映射生成有限元网格,分析发现多孔材料对冲击作用下的能量吸收源于孔壁的塑性变形(图5)㊂623㊀第4期曹梦真等:泡沫铝有限元仿真模型研究现状图5㊀三维随机多面体泡沫铝模型构建步骤(a)和模拟的准静态压缩时的应力-应变曲线(b)[31,32]Fig.5㊀Modeling steps for three-dimensional random polyhedral aluminum foam model (a)and simulated stress-strain curve during quasi staticcompression (b)[31,32]㊀㊀泡沫铝胞孔内的气体在变形时受到细胞壁坍塌挤压,进而推动下一阶段压缩,因此赋予气体参数并考虑空气效应会更接近实验结果㊂Zhu 等[33]通过不同的渐进损伤模型比较孔泡形态对压缩性能的影响,发现椭球形态的孔泡呈现出各向异性几何结构,胞孔内部气体压力对不同方向施加载荷导致非对称变形,进而使材料拥有更高的弹性模量和抗压强度(30~40MPa)㊂三维随机模型在建立之初就能够考虑到实际的泡沫铝形态,既有宏观规律性又有微观随机性,推广性和实用性更强㊂然而模型的模拟过程也会相对繁琐,模型参数的设置比较复杂且随机因素较多,因此编程前的设计准备以及程序运行所耗费的时间和精力会显著增加㊂3.2㊀Voronoi 模型Voronoi 模型是利用空间分割方法,通过定义切割点的距离将空间划分为规定个数的无缝单元㊂Voronoi 模型的二维及三维模型如图6所示[34,35],成形方法是在一个指定的空间中,先生成距离不能小于规定值并随机排列的形核点,以其为中心按相同速率长大形成胞孔,当相邻胞孔彼此相遇时停止生长,边界即为相邻形核点相连的垂直平分线,直至布满整个空间㊂我国的国家游泳中心 水立方 就是采用了这种构造方式[35]㊂Li 等[36]运用LS-DYNA 有限元软件与霍普金森压杆研究泡沫铝试样在70m /s 的速度下的压缩变形行为,实验与模拟所得的应力-应变曲线如图7所示,均呈现典型的线弹性区㊁屈服平台区和致密化区3个阶段且两数据吻合度较高,表明Voronoi 模型具有准确的预测作用㊂除孔洞结构参数外,基体材料的力学性质也将直接决定泡沫金属的压缩行为和变形模式㊂程和法等[37]对纯铝及铝基泡沫金属进行压缩试验,纯铝为基体的泡沫铝表现出典型的塑性泡沫特征和较低坍塌屈服强度,铝基泡沫金属呈现典型的脆性泡沫特征和较高的弹性模量及屈服强度㊂对于三维Voronoi 模型,学者多选择理想的弹塑性模型来表征泡沫铝单元壁材料[38],如采用著名的Cowper-Symonds 关系表征母材的塑性变形[39]:泡沫铝基体的典型弹性模量为69~73GPa,屈服强度为100~300MPa [40];或是利用von Mises 屈服准则及各向同性硬化塑性材料模型[41,42],通过静态单轴拉伸实验提取屈服应力及切线模量作为实际参数增加模拟结果准确率[43,44]㊂Voronoi 模型的建模过程模拟了泡沫铝材料随机发泡成形的过程,在表现材料微观结构复杂性的同时提高了计算效率,因此获得广泛应用㊂然而,二维或三维Voronoi 模型因采用随机形核成长的建模方式,每个孔泡边缘处均呈现较为尖锐的边界,与实际的胞孔圆弧边界不符[45],易造成应力集中等缺陷㊂此外,Voronoi 模型未考虑泡沫铝多孔泡交界处Plateau Border 边界的真实形貌,因此该模型分析结果与实际有较大差异㊂研究表明,图6㊀Voronoi 模型:(a)2D-Voronoi 壳单元模型[34];(b) 水立方 场馆外墙,(c)3D-Voronoi 几何模型[35]Fig.6㊀Voronoi model:(a)2D Voronoi [34];(b)external wall of the building Water Cube and (c)3D Voronoi [35]723中国材料进展第43卷图7㊀基于Voronoi模型的压缩实验模拟(a)及所得应力-应变曲线及与实验结果对比(b)[36]Fig.7㊀Simulation for compression test based on Voronoi model(a)and simulated stress-strain curve and comparison with experiment result(b)[36]该模型与Kelvin模型相比,对泡沫铝材料体积弹性模量的预测结果低20%[46]㊂为改善Voronoi模型,有关学者通过向模型中加入圆形或椭圆形胞孔来减少模型与实际的偏差,但是该法削弱了随机孔隙优势㊂此外,Voronoi 模型的孔壁厚度是通过壳型建模形成的,其孔壁厚度保持一致,难以实现随机分布,因此当泡沫铝试样孔壁厚度不均甚至相差较大时,模拟结果与实际实验出现较大偏差㊂4㊀三维重构模型三维重构建模是结合同步辐射X射线计算机断层照相技术(synchrotron X-ray computed tomography,SXR-CT)进行重构,近乎可实现材料结构1ʒ1无损建模㊂三维重构模型的精度受SXR-CT的扫描步长和分辨率影响,在工业CT技术迅猛发展的背景下,该模型的研究也日趋增多[47,48]㊂此外,对于结构比较复杂的闭孔泡沫结构而言,SXR-CT是一种很有前景的小尺度三维结构研究方法,具有较高的空间分辨率,可以在不破坏原始物体的情况下原位观察结构以及特征的变化[49-51](图8),具有其他模型不具备的真实性和准确性㊂Li等[49]利用SXR-CT技术建立了三维重构模型,有限元方法模拟的应力应变曲线与该试样的真实测试结果如图9所示,2组数据呈现高度吻合;在结构薄弱处首先出现的压缩面逐渐扩展至整个模型,塑性变形带演化规律与实际测试结果契合度较高㊂Kader等[52]发现泡沫铝承载时会在孔壁交界处的Plateau Border形成塑性铰(plastic图8㊀三维重构模型构建流程图[51]Fig.8㊀Flow chart of three-dimensional reconstruction model construction[51]823㊀第4期曹梦真等:泡沫铝有限元仿真模型研究现状hinge),弯曲力矩的存在降低了孔壁的承载性能,而胞壁的速率依赖性和微惯性取决于结构特性[53],从而导致孔隙结构的坍塌㊂目前,基于泡沫铝模型模拟的力学性能与实际测试值之间的误差一般归因于模型构建中忽略了细胞壁的微孔及微缺陷,据统计,直径在30~350μm 范围内的微孔约占金属体积的26%[54]㊂Zhang 等[47]研究发现,在控制微孔缺陷作为单一变量后,垂直载荷和水平载荷方向上的模拟分析结果与真实试样测试结果相比,全局误差分别为15.9%和4.5%㊂图9㊀基于三维重构模型有限元模拟的应力应变曲线及与实验结果对比[49]Fig.9㊀Comparison of stress-strain curves from finite element methodsimulation based on three-dimensional reconstruction model andthe experiment[49]Toda 等[55]关注到应力松弛发生的微裂纹或微孔偏转,他们通过在孔泡之间建立互连来影响金属泡沫的胞孔结构,进而引起显著的裂纹偏转㊂Movahedi 等[56]则认为孔壁中微孔的存在作为裂纹萌生和扩展源进一步诱导了局部应力集中,从而削弱了泡孔结构强度(图10)㊂利用三维重构技术可以真实反映出内部微孔的分布,这也是基于三维重构模型的模拟结果更加准确的原因㊂然而,由于SXR-CT 是基于不同角度的静态图像识别,需要对现有实体进行扫描重构,严重依赖数据收集,因此难以对孔隙率㊁孔径尺寸及分布㊁孔泡壁厚及胞孔形状等参数进行反复多次的定量研究[57]㊂三维重构模型大小受CT 分辨率影响,当试样尺寸过大或分辨率要求太高时,需要大型试验设备及专业人员进行繁琐复杂的重构处理㊂CT 图像阈值的设置会直接决定孔隙率的识别情况,进而导致孔泡与铝基体区域的误判㊂此外,该模型无法实现高通量随机模型的构建,且模型构建成本偏高,这也是制约此技术推广发展的关键因素㊂5㊀结㊀语泡沫铝材料由于发泡条件各不相同,胞孔大小㊁分图10㊀内部微孔分布的三维渲染透视图[56]Fig.10㊀Three-dimensional rendered perspective view of internalmicro-pores distribution [56]布以及胞壁厚度复杂多变,关于泡沫铝模型的构建一直都在不断突破与完善㊂为了分析并预测泡沫铝的承载性能及失效模式,本文分析并讨论了现有的几种泡沫铝有限元模型的优缺点,分别是:以代表体积单元构建的简单晶胞模型,该模型结构简单,但无法反映实际的多孔结构;以随机形核点构建的非均质多尺度随机模型,可实现孔壁和孔泡数目的参数设定;运用X 射线衍射及图像重构技术的三维重构模型,可实体1ʒ1无损建模并能精确反映泡沫材料的微观结构㊂泡沫铝材料内部孔隙具有复杂性和随机性,使材料在承载时表现不同的失效模式,为此寻求并构建一种可精确反映泡沫铝随机孔隙结构的孔泡模型,准确且简单地表征出实际泡沫铝的结构特点并具有一定实用性和推广性,仍是泡沫铝材料数值模拟研究的重要一步㊂参考文献㊀References[1]㊀HU L,LI Y,YUAN G,et al .Journal of Materials Science[J],2022,57(24):11347-11364.[2]㊀AN Y K,YANG S Y,ZHAO E T,et al .Materials and 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泡沫铝夹芯双管构件横向压缩吸能性能研究
第44卷第23期包装工程2023年12月PACKAGING ENGINEERING·293·泡沫铝夹芯双管构件横向压缩吸能性能研究吴鹏1，鲍海英2*，李爱群3,4（1.东南大学建筑设计研究院有限公司，南京210096；2.安徽工业大学建筑工程学院，安徽马鞍山243002；3.东南大学土木工程学院，南京210096；4.北京建筑大学土木与交通工程学院，北京100044）摘要：目的研究截面构型及几何参数对泡沫铝夹芯双管结构在横向载荷作用下变形失效机制和吸能性能的影响。
方法运用有限元软件Abaqus/Explicit对泡沫铝夹芯双管构件受横向载荷作用进行数值仿真分析。
结果泡沫铝夹芯双管构件在横向压缩过程中表现出3个阶段：初始压缩阶段、塑性变形阶段和致密化阶段，并发现外方内圆双管夹芯结构的耐撞性能显著强于双方管夹芯结构。
随着外管径的增大、内管径的减小，外方内圆双管夹芯结构的承载力和吸能能力越高；内管壁厚的增加使外方内圆双管夹芯结构的能量吸收、比吸能、平均压溃载荷和压溃力效率均表现出增大趋势。
结论泡沫铝芯材的变形失效模式受内管截面形状的影响，与传统双方管夹芯结构相比，外方内圆双管夹芯结构是一种更优秀的吸能构件，在横向碰撞安全防护中展现出更大的应用潜力。
通过增加内外管间距和内管壁厚，可以提高外方内圆双管夹芯结构的吸能性能。
关键词：泡沫铝；夹芯双管；横向压缩；吸能性能；数值模拟中图分类号：TB485.1；O347 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)23-0293-09DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.23.035Energy Absorption Performance of Aluminum Foam Sandwiched Double-tube underTransverse CompressionWU Peng1, BAO Hai-ying2*, LI Ai-qun3,4(1. Southeast University Architectural Design and Research Institute Co., Ltd., Nanjing 210096, China;2. School of Architecture and Engineering, Anhui University of Technology, Ma'anshan 243002, China;3. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China;4. School of Civil andTransportation Engineering, Beijing University of Architecture, Beijing 100044, China)ABSTRACT: The work aims to study the effects of section configuration and geometric parameters on the deformation mechanism and energy absorption performance of aluminum foam sandwiched double-tube under transverse load. Finite element software Abaqus/Explicit was used to carry out numerical simulation on the aluminum foam sandwiched double-tube under transverse load. The aluminum foam sandwiched double-tube exhibited three stages in the process of transverse compression, namely, the initial compression stage, the plastic deformation stage, and the densification stage. It was also found that the crashworthiness of a novel aluminum foam sandwiched double-tube, comprised of square outer and circular inner tubes, was significantly stronger than that of the double square tube structure. As the outer tube diame-ter increased and the inner tube diameter decreased, the load-bearing capacity and energy absorption capacity of the novel aluminum foam sandwiched double-tube increased. The increase in wall thickness of the inner tube resulted in an in-creasing trend in energy absorption, specific energy absorption, average crushing load, and crushing force efficiency. The收稿日期：2023-05-22基金项目：安徽工业大学校自然基金青年项目（QZ202211）·294·包装工程2023年12月deformation failure mode of aluminum foam core material is affected by the section shape of the inner tube. Compared with the traditional double square tube structure, the novel sandwiched double-tube is a better energy-absorbing compo-nent, which shows greater application potential in the safety protection of lateral collision. By increasing the tance between the inner and outer tubes and the wall thickness of the inner tube, the energy absorption performance of the novel sandwiched double-tube can be improved.KEY WORDS: aluminum foam; sandwiched double-tube; transverse compression; energy absorption performance; nu-merical simulation薄壁金属管结构具有比刚度和比强度高的优点，在压缩过程中可以吸收大量的动能并将其转化为塑性应变能[1]，常作为吸能元件应用于汽车、航空航天、交通等领域，但存在易发生欧拉屈曲失稳、非轴向承载能力差等问题。
基于十四面体模型的闭孔泡沫材料弹性性能的有限元分析
本文假设基体在十四面体结构的支柱和胞壁上均 匀分布, 这样胞体就可以视为由等厚度的平板组合而 成的空间结构。从泡沫微结构和相对密度的关系看, 胞壁厚度均匀的假设对于低密度的闭孔泡沫一般是合 适的, 比如低密度聚合物泡沫( 如图 2 所示) , 其胞壁接 近于厚度均匀的多边形面, 支柱厚度和胞壁厚度基本 上相等。而随着相对密度的提高, 基体会在支柱和顶 点处集中, 壁厚均匀的假设将带来一定的误差。文中 计算所采用的多胞模型为立方体结构, 即在三个方向 上胞体数目相等, 并且定义多胞模型边长与单胞边长 的比值为模型尺度。在模型的边界处, 包含被剪切掉 的胞体的部分壁面, 这样处理更接近真实的泡沫微结 构。图 3 所示为五倍胞体尺寸的十四面体多胞模型。
摘要 建立十四面体的单胞模型和多胞模型, 采用有限元方法和周期性边界条件, 研究胞体数目和 相对密度对闭 孔 泡沫模型弹性性能的影响。同时, 确定闭孔泡沫胞体在两 种变形状态 下的应力分 布。文中还将 数值结 果与理 论预测 以 及随机泡沫模型的计算结果进行比较。结果表明, 十四面 体模型可以较好地预测低密度闭孔泡沫的弹性性能。
图 2 闭孔聚合物泡沫[9] Fig. 2 Closed- cell polymer foam[9]
图 3 十四面体多胞模型 Fig. 3 Tetrakaidecahedral mult-i
cellular model
条件增强了垂直于边界处的位移约束, 忽略了边界处 节点的剪力和弯矩。固定边界条件施加的边界约束最
比的影响趋势图, 可以看出当胞体数目为 9 个时, 弹性 模量和泊松比都趋于稳定, 当胞体数目从 35 增加到 91 个时曲线已接近于水平直线, 此时相对弹性模量和泊 松比分别相差 0. 3% 和 0. 38% , 这说明取 3倍胞体尺度 的模型用于数值分析已经足够精确, 并趋于宏观的力 学性能。可见, 在周期性边界条件下可以取较小的多胞 模型来模拟泡沫的力学性能。下面的数值分析均采用 3 倍模型尺度的十四面体多胞模型。
泡沫铝材料提升游艇耐撞性的数值分析
泡沫铝材料提升游艇耐撞性的数值分析赵颖;杨兆瀚;石晓东【摘要】以探讨泡沫铝材料对于提升游艇耐撞性能的有效性为目标,针对某小型玻璃钢结构游艇为研究对象,采用有限元方法分别计算了艇体结构在未安装与安装泡沫铝防撞层下的受力与变形,分析了泡沫铝防撞层厚度对结构防撞效果的影响.结果表明:安装泡沫铝防撞层后可以有效地提高游艇的抗撞击性能,达到保护游艇的目的,并且游艇所受到的最大拉应力随着泡沫铝防撞层厚度的增加呈线性减小趋势,游艇所受到的最大压应力、最大变形随着泡沫铝防撞层厚度的增加呈对数关系减小趋势.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2018(044)031【总页数】4页(P29-32)【关键词】游艇;泡沫铝;耐撞性;数值分析【作者】赵颖;杨兆瀚;石晓东【作者单位】东北林业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨 150040;中国船舶重工集团有限公司第七0三研究所,黑龙江哈尔滨 150040;哈尔滨德嘉游艇科技开发有限公司,黑龙江哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】TU3110 引言随着我国经济的快速发展，国民收入与消费水平逐渐提高，游艇消费作为休闲产业的高端市场，日益显现出广阔的发展前景。
游艇在航行过程中与水下的礁石等障碍物发生碰撞属于常见事故。
游艇碰撞会造成人员伤亡、财产损失、自然环境遭受污染等灾难性事故的发生[1]。
游艇的抗撞击性能是保障其安全航行的重要指标，单纯依靠艇体结构自身强度很难满足其抗撞击能力。
防止游艇碰撞事故发生的措施主要有两种：主动措施和被动措施。
主动措施目的是降低事故发生的概率，主要通过研制开发导航系统、培训船员的操作技能以及对航运交通进行治理等方法。
被动措施目的是降低事故发生后艇体结构的破损程度，主要通过对传统结构形式进行优化设计和采用耐撞结构形式等方法[2]。
本文采用有限元方法针对某小型游艇开展耐撞性能研究，将闭孔泡沫铝作为一种耗能缓冲材料引入游艇防碰撞领域，通过在游艇易撞部位增设泡沫铝防撞层的被动措施来增强艇体的抗撞击性能，从而达到保护艇体的目的。
闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析
第44卷 第5期2010年5月西 安 交 通 大 学 学 报JOU RNA L OF XI A N JIAOT ONG UN IVERSIT YVol.44 5May 2010收稿日期:2009 09 29. 作者简介:张健(1981-),男,博士生;赵桂平(联系人),女,教授,博士生导师. 基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(2006CB601202);国家自然科学基金资助项目(10632060,10825210).闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析张健1,2,赵桂平1,2,卢天健1,2(1.西安交通大学航天航空学院,710049,西安; 2.西安交通大学强度与振动教育部重点实验室,710049,西安)摘要:通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的动态压缩试验和数值模拟,研究了泡沫铝的应变率敏感性.结果表明:在准静态(0 001s -1)至2500s -1的应变率范围内,具有相同孔隙率的泡沫铝的静、动态单轴压缩变形模式相似,而具有不同孔隙率的泡沫铝的压缩变形模式则存在差异,高孔隙率和低孔隙率泡沫铝的应变率敏感性明显不同;基体材料的应变率敏感性决定了泡沫铝的应变率敏感性;微惯性、波效应和孔内气体压力对泡沫铝的平台应力不产生明显影响.关键词:闭孔泡沫铝;霍普金森压杆;应变率效应中图分类号:O347 文献标志码:A 文章编号:0253 987X(2010)05 0097 05Experimental and Numerical Study on Strain Rate Effects ofClose -Celled Aluminum FoamsZH ANG Jian 1,2,ZH AO Guiping 1,2,LU T ianjian 1,2(1.Sch ool of Aerospace,Xi an Jiaotong University,Xi an 710049,China;2.M OE Key Laboratory forStrength and Vibration ,Xi an Jiaotong Un iversity,Xi an 710049,China)Abstract :T he strain r ate effects of close -celled aluminum foams w ith different porosities w ere ex -perimentally and num er ically investigated at different strain rates.It is found that the dy namic de -form ation behavio r of aluminum foams w ith sam e po rosity is similar to their quas-i static behav io r in the strain rate rang ing from 0 001s -1to 2500s -1.T he strain rate effects of alum inum foamswith v ary ing porosities are sig nificantly different due to different deformation m odes.T he str ain rate sensitivity o f aluminum fo am s o riginates m ainly fro m that o f their matrix m aterial,w hile the effects o f micro -inertia,shock wave,and compressed air pressure in cells are neg ligible.Keywords :close -celled aluminum foam;split H opkinson pressure bar;strain rate effect 泡沫铝是集多种优良性能(高的比强度、比表面积、阻尼、冲击能量吸收、隔声、隔热和电磁屏蔽等性能)于一身的新型结构功能性材料.在承受压力时,其应力 应变曲线上塑性变形阶段的应力几乎恒定不变,使大量的动能转变为应变能,因此可用作优良的撞击防护材料.鉴于泡沫铝在缓冲吸能、防爆隔振等承受动载方面的应用,研究其应变率效应显得尤为重要.但是,由于泡沫铝制备方法的多样性和动态试验技术的差异,迄今为止国内外学者对泡沫铝应变率效应的研究没有得出一致的结论.Deshpande 等[1]指出,相对密度为0 16~0 31的闭孔泡沫铝(A lulig ht)的动态试验和静态试验结果非常相似,应力平台对应变率不敏感,基体材料的应变率效应对泡沫材料性能的影响程度小于泡沫材料自身的离散性,孔内气体对泡沫铝强度的影响也可以忽略不计.但是,M ukai 等[2]随后发现,相对密度为0 106~0 155的闭孔泡沫铝(A lporas)具有明显的应变率效应,且由于孔内气体的作用,随着相对密度的减小,其应变率敏感性增加.凤仪等[3]发现,采用粉末冶金发泡法制备的泡沫铝(相对密度为0 16)存在应变率敏感性,并且指出,铝合金本身的应变率敏感性、微惯性和气体的作用导致泡沫铝具有较高的应变率敏感性.胡时胜等[4]认为,泡沫铝是应变率敏感材料,这种敏感性主要源于胞孔的变形特性、泡沫材料变形的局部化、微观惯性和致密性,致使泡沫铝材料的压缩屈服应力明显提高,但基体的应变率效应以及胞孔的形状大小并不对泡沫材料的应变率敏感性起主导作用.本文通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的分离式霍普金森动态压缩试验和有限元数值模拟,试图解释基体材料的应变率效应对泡沫铝动态力学性能的影响.1 泡沫铝的动态试验分析试验所用的闭孔泡沫铝采用粉末冶金发泡法制备,其基体材料除了A l 外,还有适量的Si 、T i 等元素.图1为不同孔隙率的闭孔泡沫铝试件.为便于比较,动态试验和静态试验所用试件采用相同尺寸,均为 35mm 10mm 圆柱体,在厚度方向保证至少5个胞元,采用电火花线切割加工试件以减少对胞孔结构的损伤.图1 不同孔隙率的闭孔泡沫铝试件泡沫铝的准静态单轴压缩试验在M TS 材料试验机上进行,高应变率单轴压缩试验采用如图2所示的分离式霍普金森压杆(SH PB)设备.基于弹性波在细长杆中传播时无畸变的特性,当输入杆中的入射脉冲到达试件界面时,一部分脉冲被反射,另一部分脉冲通过试件透射进输出杆,通过测定入射波、反射波和透射波作用在试件上所产生的应变 i (t )、 r (t )和 t (t ),可计算出材料的动态应力 应变曲线.为简单起见,本文采用两波法进行数据处理[5](t)=E AA s t(t)(1) (t)=2c l 0t 0[ i(t)- t (t)]d t (2) (t)=2c l 0[ i(t)- t (t)](3)式中:c 为弹性波在杆中的波速;l 0为试件试验段的原始长度;A 和A s 分别为杆和试件的初始横截面积;E 为杆材料的弹性模量.针对泡沫铝材料,在SH PB 试验中采用了以下技术以获得有效的试验数据.根据阻抗匹配原则,压杆材料选用硬质铝合金,其实测密度为2 78g/cm 3,实测波速为5215 8m/s,弹性模量为75 6GPa,屈服强度在300M Pa 以上.撞击杆(子弹)、输入杆、输出杆和吸收杆的直径均为37m m,长度分别为600、2000、2000和800mm,可以获得较长的加载时间.为了消除弥散现象和获得相对恒定的应变率,试验中采用了脉冲整形技术.经过多次尝试,选用铅皮作为脉冲整形材料,因为铅具有质柔软、延性弱、展性强等特性,尤其是其硬度只有铝硬度的一半,试验中不会伤害到入射杆和子弹,整形效果也较好.整形后一个波大约为300 s,如图3所示.为了避免波形叠加,在入射杆的中间截面各贴2组电阻应变片,在透射杆中间截面贴1组电阻应变片和1组半导体应变片,以便记录相对密度较低时的微弱透射信号.另外,将直径40mm 的PVDF 压电传感器置于试件的前、后表面以监控试件的应力均匀性.由于压电传感器的厚度仅为50 m,可忽略其对应力波传播的影响.采用高速摄影技术(Phanton V9 0)观察泡沫铝的动态压缩变形过程,拍摄条件为:速度21052fps(6417m/s),分辨率128 240dpi(128 240点/(25 4mm )2),曝光时间44 s.试验时,试样夹在输入杆和输出杆之间,在试样的前、后表面涂上凡士林以减小摩擦.图2 分离式霍普金森压杆(SH PB)设备示意图98西 安 交 通 大 学 学 报 第44卷图3 SHP B试验的典型波形图4给出了3种孔隙率的泡沫铝在不同应变率下的单轴压缩应力 应变曲线.可以看出,具有不同孔隙率的泡沫铝的应变率敏感性是不同的.例如,图4a中孔隙率为60%的泡沫铝在应变率为2200s-1时的平台应力较准静态(0 001s-1)时高出40%,图4b中孔隙率为70%的泡沫铝在应变率为1800s-1时的平台应力较准静态时高出25%,均存在较为明显的应变率效应.但是,图4c中孔隙率为79%的泡沫铝在应变率为2500s-1、900s-1和准静态时的平台应力基本重合,没有表现出应变率效应.在研究泡沫金属应变率敏感性的文献中,有关泡沫铝应变率效应产生原因的主要解释有: 微惯性; 波效应; 孔内气体压力; 基体材料的应变率效应.我们通过高速摄影,在应变率从0 001s-1至2500s-1的范围内未发现具有相同孔隙率的泡沫铝在变形模式上的差异,故不考虑微惯性效应.试件的最大压缩速度为20m/s左右,远小于考虑波效应的临界速度.此外,采用PVDF压电传感器监测试件前、后端面压力的变化,发现除孔隙率为79%的泡沫铝在压缩初始的几十微秒有些差异外,其他低孔隙率试件的整个压缩过程均可满足应力均匀性要求.孔内气体压力的问题较为复杂,但根据文献[6]的估算,孔内气体对闭孔泡沫铝压缩平台应力的贡献小于0 1M Pa,这样小的影响即使对于孔隙率为79%的泡沫铝来说,也可以忽略.所以我们认为,关于泡沫金属应变率的敏感性问题只能从基体材料的性能方面予以解释.2 泡沫铝的二维数值模拟为了进一步探讨泡沫铝基体材料的本构关系及相对密度对泡沫铝变形特性的影响,本文采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对泡沫铝的动态压缩性能进行数值模拟.根据不同孔隙率泡沫铝的胞孔形状和分布,分别建立了孔隙率为60%、70%和80%(a)孔隙率为60%(b)孔隙率为70%(c)孔隙率为79%图4 不同孔隙率泡沫铝的静动态名义应力 应变曲线(试验)的泡沫铝的二维有限元模型,其中孔隙率为60%的泡沫铝的模型如图5所示.模型尺寸均为10m m 10mm,选用平面应变单元.材料的塑性本构关系选用幂硬化模型[6],表达式为dy= sy1+C1/P(4)式中: d y、 s y分别为材料的动态和静态屈服应力; 为应变率;C、P为Cow per-Sym onds应变率参数,对铝合金取C=6500s-1,P=4[7],以考虑基体材料的应变率效应,另外,假定参数C=6 5 106s-1以不考虑基体材料的应变率效应.其他材料参数如弹性模量、泊松比和密度分别取为75GPa、0 33和2 7 g/cm3,未考虑单元失效.计算时选用单面接触算99第5期 张健,等:闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析法,考虑模型全部表面在整个计算中任一点都可能发生接触.试件夹在两个刚性平面之间,一刚性平面静止,另一刚性平面以恒定速率对试件进行压缩加载,摩擦因数均取为0 01.图5 泡沫铝的二维有限元模型图6为有限元计算得到的不同孔隙率泡沫铝的压缩变形图.图7是分别采用考虑和不考虑基体材料应变率效应的本构模型计算得到的泡沫铝单轴压缩应力 应变曲线.计算结果表明,是否考虑基体材料的应变率效应并不会影响泡沫金属的变形模式,在应变率从准静态增加到1000s-1时,并未发现试件变形模式的差异,与试验结果吻合.(a)孔隙率60% (b)孔隙率70% (c)孔隙率80%图6 泡沫铝的二维有限元模型变形图从图7a可以发现,当考虑基体材料的应变率效应时,有限元计算结果和试验结果的趋势基本一致.当孔隙率为60%和70%时,试件破坏主要由胞孔的缩小和孔壁材料的塑性流动引起,泡沫金属继承其基体材料的应变率敏感性;当孔隙率为80%时,试件破坏主要缘于孔壁结构的屈曲和失稳,基体材料的性能得不到有效发挥,这时,泡沫金属的力学性能主要取决于孔的形状和分布,不会表现出明显的应变率效应.因此,基体材料的应变率敏感性是泡沫金属应变率敏感性的源头,如果基体材料有应变率效应,则泡沫金属的应变率敏感性随孔隙率的增大而降低.另外,从图7b可以看出,如果基体材料没有或只具有很弱的应变率效应,则相应的泡沫金属也不会表现出明显的应变率效应.(a)考虑基体应变率效应(b)未考虑基体应变率效应图7 不同孔隙率泡沫铝在不同应变率下的名义应力 应变曲线(有限元计算)3 结 论通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的试验和有限元模拟,发现高孔隙率和低孔隙率泡沫铝具有不同的应变率敏感性.在应变率从准静态至2500s-1的变化范围内,基体材料的应变率敏感性决定了泡沫金属的应变率敏感性,其影响程度随孔隙率的增大而降低,而微惯性、波效应和孔内气体压力对泡沫铝的应变率效应不产生明显影响.对于高孔隙率泡沫铝,在实际应用中不必考虑其应变率敏感性问题.参考文献:[1] DESH PA N DE V S,FL ECK N A.H ig h strain r atecompressive behavio r of aluminum alloy fo ams[J].Internatio nal Journal o f Impact Engineer ing,2000,24(3):277 298.[2] M U K AI T,M IY OSH I pr essiv e response of aclo sed-cell aluminum fo am at high str ain rate[J].Scripta M ater ialia,2004,54(4):533 537.[3] 凤仪,朱震刚,潘艺,等.应变速率对闭孔泡沫铝力学100西 安 交 通 大 学 学 报 第44卷性能和能量吸收性能的影响[J].材料热处理学报,2004,25(2):268 271.F ENG Yi,ZH U Zheng ang,PA N Yi,et al.Influenceof strain r ate on the mechanical pr operties and energ yabsor pt ion capacit y o f aluminum allo y fo am[J].T ransactions of M ater ials and Heat T reatment,2004,25(2):268 271.[4] 胡时胜,王悟,潘艺,等.泡沫材料的应变率效应[J].爆炸与冲击,2003,23(1):13 18.H U Shisheng,W AN G Wu,P AN Yi,et al.Strainrate effect o n the propert ies o f foam material[J].Ex plo sion and Shock W aves,2003,23(1):13 18.[5] 王礼立.应力波基础[M].2版.北京:国防工业出版社,2005:52 54.[6] M A G W,YE Z Q,SH A O Z S.M odeling lo adingr ate effect o n cr ushing str ess of metallic cellular mate-rials[J].Int ernational Journal of Impact Engineer ing,2009,36(6):775 782.[7] SU X Y,Y U T X,REID S R.I ner tia-sensit ive impactenerg y absor bing structur es:part II,effect of str ainr ate[J].I nter nat ional Journal of Impact Engineer ing,1995,16(4):673 689.(编辑 葛赵青)(上接第79页)[6] BO SO D P,L EFI K M,SCH REF LER B A.A mult-ilevel ho mog enised model for superconducting st randther momechanics[J].Cr yog enics,2005,45(4):259271.[7] G EN N,K AZ U O W,T AD AH IRO A,et al.Effect oftransverse compressive stress on int ernal reinfor cedNb3Sn super conducting w ir es and coils[J].Cr yog en-ics,2005,45(10/11):653 658.[8] ZH A NG Ping x iang,LIA N G M ing,T AN G X iande,etal.St rain influence o n J c behavio r of N b3Sn multifila-mentar y str ands fabr icated by internal tin pr ocess fo rIT ER[J].P hy sica:C,2008,468(15/20):1843 1846.[9] M U L L ER H,SCH N EIDER T h.Heat tr eatment ofNb3Sn co nducto rs[J].Cry og enics,2008,48(7/8):323 330.[10]BO T T U RA L,CA L V I M,SIEM K O A.Stabilityanalysis of the LH C cables[J].Cryo genics,2006,46(7/8):481 493.[11]方进,张永,丘明.H T 7U管内电缆导体稳定性的仿真与实验研究[J].中国电机工程学报,2008,28(15):147 152.F ANG Jin,Zhang Yo ng,Q iu M ing.Simulation andexperimental study o n H T 7U cable-in-conduit co nduc-to r stability[J].Pr oceeding s of the CSEE,2008,28(15):147 152.[12]M A RT O V ET SK Y N N.St abilit y and design criter ionfor cable-in-co nduit-conductor s w it h a broad t ransitionto no rmal st ate[J].Fusion Engineering and Desig n,2005,75/79(4):215 219.[13]BO T T U RA L.Stability and pr otectio n o f CICCs:anupdate desig ner s view[J].Cryo genics,1998,38(1):491 502.[14]W A NG Q iuliang,W ENG Peide,HE M o yan.Simula-tio n of quench for the cable-in-conduit-co nducto r inH T-7U superconducting T okamak magnets using po r-ous medium model[J].Cry og enics,2004,44(2):8192.[15]蒋华伟.管内电缆导体仿真设计算法模型研究[J].中国电机工程学报,2009,29(15):125 128.JIA N G H uaw ei.Research on ar ithmetic model forcable-in-conduit co nducto r simulation and design[J].P roceedings of the CSEE,2009,29(15):125 128. 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基于MSC软件的泡沫铝夹芯板的动力学建模
基于MSC软件的泡沫铝夹芯板的动力学建模作者：南京航空航天大学谢益新王轲摘要：泡沫夹芯板是一种新型结构材料，本文试结合模态试验，利用MSC 软件将泡沫铝夹芯简化为标准蜂窝结构模型来进行快速建模。
首先通过模态试验测得泡沫铝夹芯板的动力学特性，再基于孔隙率相等准则用标准蜂窝结构模型替代泡沫夹芯，再结合首阶模态计算与试验结果的对比确定蜂窝壁厚。
文中对一种实际泡沫夹芯板进行建模，其结果初步证明了用标准蜂窝结构模拟泡沫铝夹芯结构的可行性。
关键词：泡沫铝；动力学实验；标准蜂窝；动力学模型1 引言泡沫金属是孔隙度到达90%以上的，具有一定强度和刚度的多孔金属。
而泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料。
泡沫铝合金由于其孔隙率高，比表面积大，密度低，具有多种特性，而被广泛应用于冶金、建筑、机械、交通、化工、通讯、民用等方面。
泡沫铝合金的性能包含力学性能、超声衰减性能、电磁屏蔽性能、隔热性能、流通性能等。
影响泡沫铝性能的因素有很多．其中．制备工艺、基体材料、细观胞体形貌及孔隙度的不同均可能会影响其性能。
甚至会带来很大差异。
目前人们对泡沫铝合金性能的研究主要集中在力学性能和吸能性能的研究上。
本论文利用模态试验测得泡沫铝夹芯板的动力学特性，针对泡沫铝夹芯板的特点、性质，以标准蜂窝结构来模拟泡沫铝夹芯，利用MSC 软件进行结构建模，计算其模态。
而后结合动力学试验结果来修正有限元模型中特定参数。
所做工作旨在验证用标准蜂窝结构来模拟泡沫铝夹芯的方法，实现泡沫铝夹芯板的简单快速建模。
2 研究方法：泡沫铝的性能除依赖于相对密度和铝的金属特性外，还取决于多孔隙的微观结构，这种微观结构决定了泡沫铝夹芯板的宏观性能。
本文针对泡沫铝夹芯板的多孔特性，采用同样具有高孔隙率的六角蜂窝结构来代替泡沫铝夹芯进行简化建模。
为了建模取值和绘制网格的方便将单个正六边形蜂窝的边长定为5.77mm,通过调整蜂窝的壁厚来控制整个蜂窝层的孔隙率。