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泡沫鋁子彈撞擊下多孔金屬夾芯板的塑性動(dòng)力響應(yīng)研究三十七

實(shí)驗(yàn)中夾芯板的前后面板采用2A12-O鋁合金，其材料參數(shù)分別為密度p_s=2700Kg/m'，彈性模量72.4GPa，屈服強(qiáng)度75.8MPa，泊松比0.33。*MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料模型是DYNA中的3#模型，可描述各向同性和隨動(dòng)強(qiáng)化行為，幾乎適用于所有單元類型,這里選用該模型來描述夾芯板面板的材料行為，材料參數(shù)的設(shè)置與實(shí)驗(yàn)保持一致。

描述泡沫材料的模型在LS-DYNA程序中有多種可供選擇，然而大多數(shù)模型由于參數(shù)較多使得計(jì)算成本過高，采用較簡(jiǎn)單模型描述其材料性能將是比較高效的選擇。本文計(jì)算中，泡沫芯層選用編號(hào)為63#的材料模型(*MAT_CRUSHALBE_FOAM)近似描述真實(shí)泡沫的性質(zhì)。該模型參數(shù)較少，還能夠比較準(zhǔn)確描述其特征，使用方便。圖4-2給出了應(yīng)力與體積應(yīng)變之間的關(guān)系。圖中從a點(diǎn)卸載直到b點(diǎn)，然后卸載至c點(diǎn)，最后重新加載至d點(diǎn)。之后沿加載曲線加載。該材料模型需要的輸入的參數(shù)包括:材料編號(hào)(Material ID)， 泡沫材料的密度（Density），彈性模量(Yong's modulus)，泊松系數(shù)(Poisson's ratio)，加載曲線(Load curve)，拉伸應(yīng)力截止值(Tensile stress cutoff)及阻尼系數(shù)(Damping cofficient)。其中，最關(guān)鍵的是需要輸入真實(shí)材料的應(yīng)力與體積應(yīng)變曲線。該模型認(rèn)為材料為各向同性，而且沿一個(gè)方向壓縮。

其中，體積應(yīng)變定義為：e=△V/V₀?！鱒為泡沫的體積改變量，V₀為初始體積。V₀可以通過簡(jiǎn)單計(jì)算獲得，即V₀=LxLxC,其中，L為泡沫塊的邊長(zhǎng)，C為厚度。想要獲得體積改變量還必須計(jì)算出當(dāng)前體積V，基于實(shí)驗(yàn)中觀察到的泡沫芯層壓縮的性質(zhì)，假定(1)泡沫只在z方向受壓；(2)壓縮加載下，忽略泡沫的橫向變形。則，V可以計(jì)算為：V=L?L?C(1+ε_z)。因此，在比較簡(jiǎn)單的情況下，體積應(yīng)變就等于芯層厚度方向的改變量除以初始厚度。

泡沫鋁子彈在計(jì)算過程中變形較大，與夾芯板撞擊后被迅速壓縮，如果采用63#模型描述泡沫鋁子彈的材料行為，有限元網(wǎng)格變形過大程序產(chǎn)生畸變警告，隨后被迫終止，難以獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)的全記錄，采用26#材料模型(*MAT_HONEYCOMB)比較合適,該模型是LS-DYNA用來模擬蜂窩和泡沫材料的力學(xué)行為。它可以單獨(dú)定義所有方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力的非線性彈塑性材料行為。具體過程是，在材料壓緊之前，*MAT_HONEYCOMB將其當(dāng)作各向異性，每個(gè)方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系都可以通過輸入應(yīng)力-應(yīng)變曲線來提供；已經(jīng)壓實(shí)的材料(Compacted)的彈性模量隨著相對(duì)體積(Relative Volume)的變化線性增長(zhǎng)，從初始值變化至完全壓實(shí)。圖4-3為泡沫子彈的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。