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泡沫鋁子彈撞擊下多孔金屬夾芯板的塑性動力響應研究三十七

實驗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強化行為，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)的設置與實驗保持一致。

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)較多使得計算成本過高，采用較簡單模型描述其材料性能將是比較高效的選擇。本文計算中，泡沫芯層選用編號為63#的材料模型(*MAT_CRUSHALBE_FOAM)近似描述真實泡沫的性質(zhì)。該模型參數(shù)較少，還能夠比較準確描述其特征，使用方便。圖4-2給出了應力與體積應變之間的關系。圖中從a點卸載直到b點，然后卸載至c點，最后重新加載至d點。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(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)，拉伸應力截止值(Tensile stress cutoff)及阻尼系數(shù)(Damping cofficient)。其中，最關鍵的是需要輸入真實材料的應力與體積應變曲線。該模型認為材料為各向同性，而且沿一個方向壓縮。

其中，體積應變定義為：e=△V/V₀?！鱒為泡沫的體積改變量，V₀為初始體積。V₀可以通過簡單計算獲得，即V₀=LxLxC,其中，L為泡沫塊的邊長，C為厚度。想要獲得體積改變量還必須計算出當前體積V，基于實驗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可以計算為：V=L?L?C(1+ε_z)。因此，在比較簡單的情況下，體積應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行為。它可以單獨定義所有方向的正應力和剪應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將其當作各向異性，每個方向的正應力和剪應力的應力-應變關系都可以通過輸入應力-應變曲線來提供；已經(jīng)壓實的材料(Compacted)的彈性模量隨著相對體積(Relative Volume)的變化線性增長，從初始值變化至完全壓實。圖4-3為泡沫子彈的應力-應變曲線。