泡沫铝填充半球壳结构动力学特性研究

摘要

泡沫铝填充薄壁结构具有轻质、较大的承载能力以及高效的吸能特性,故越来越多地被应用于各种工程结构。本文提供了一种泡沫填充薄壁半球壳结构,并采用数值模拟方法对该结构在落锤冲击作用下的变形模态和吸能特性进行研究,同时分析了径厚比、泡沫密度以及加载初速度对该结构碰撞力峰值、内能吸收和顶点位移等吸能特性的影响。研究表明,泡沫填充半球壳受力更加均匀,能够充分利用外壳材质的塑性变形能力,吸能效果优于内空半球壳。冲击载荷下泡沫铝填充半球结构主要经历3个阶段,塑性铰产生、发展和内部填充材料压缩。冲击载荷下泡沫铝填充半球结构的主要变形模式与冲击能量和填充泡沫铝密度有关,主要体现出4种变形模态:壳体边缘隆起,冲击区域产生对称分布的凹痕;壳体边缘隆起,冲击区域压平;壳体向内凹陷形成八边形塑性铰,冲击区域产生对称分布的凹痕;壳体向内凹陷形成平整塑性铰,冲击区域压平。