贾 然 赵桂平

(西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室,西安 710049)

引言

作为泡沫金属的典型代表,闭孔泡沫铝具有轻质、高比刚度、高比强度等优良特性[1],是一种理想的减重、吸能材料,在航空航天、交通运输、建筑工程、机械制造等领域展现出巨大的应用潜力.因此,研究闭孔泡沫铝的压缩变形机理、能量吸收特性等具有十分重要的工程意义.

在闭孔泡沫铝的有限元数值分析中,学者们提出了多种代表性体积单元(representative volume element,RVE)[2],用以表征闭孔泡沫铝复杂胞孔结构的细观构型.总体上,现有的细观模型可以分为3 类,球体几何模型(geometric model)[2-3]、结构模型(structural model)[2,4-5]和离散模型(discrete model,也称逆向重构模型)[2,6].作为结构模型的代表,3DVoronoi 随机模型既可以反映低相对密度闭孔泡沫铝内部的复杂构造,又具有较高的计算效率,因此被广泛应用于闭孔泡沫铝的有限元仿真分析中[7-13].

在闭孔泡沫铝的唯象本构模型中,泊松比是一个非常关键的参数.有限元软件LS-DYNA 内置的154#模型[14-16],有限元软件ABAQUS 内置的各向同性强化可压缩模型(crushable foam model with isotropic hardening)[17],Deshpande 和Fleck[18]提出的自相似模型(self-similar model),Miller 模型[19]和Chen-Lu 模型[20]均涉及此参数.然而,在应用中上述模型均假定闭孔泡沫铝压缩过程中泊松比为一个常数.实际泊松比的取值是否可以假设为一个常数,这个常数怎样取值仍是有待研究的课题.Bi[21]、张健等[6]、张乐等[22]及Fang 等[23]均对闭孔泡沫铝泊松比的变化规律、取值方式及其对本构模型的影响进行了研究.

已有的研究中,对于闭孔泡沫铝的……