軸向沖擊載荷下泡沫鋁填充金屬圓管的數(shù)值模擬的中期報(bào)告

軸向沖擊載荷下泡沫鋁填充金屬圓管的數(shù)值模擬的中期報(bào)告一、研究背景隨著科技的發(fā)展和人們對輕量化材料的需求增加，泡沫鋁作為一種新型輕質(zhì)材料，逐漸應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。而填充泡沫鋁的金屬圓管則是一種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和輕量化的優(yōu)良解決方案。然而，當(dāng)填充的泡沫鋁材料遭受軸向沖擊載荷時(shí)，其強(qiáng)度和承載能力需要進(jìn)一步研究。二、研究目的本研究旨在通過數(shù)值模擬方法，分析填充泡沫鋁的金屬圓管在軸向沖擊載荷作用下的變形和破壞規(guī)律，探究不同填充率和泡沫鋁材料孔隙率對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，為該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。三、數(shù)值模擬模型1.幾何模型選用直徑為50mm、壁厚為2mm的鋁合金圓管作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過SolidWorks軟件建立3D模型。將圓管分為上下兩段，上端長度為30mm，下端長度為50mm。圓管中填充不同填充率的泡沫鋁材料，泡沫鋁材料孔隙率分別為40%、50%、60%。如圖1所示。2.材料參數(shù)鋁合金材料的物理性能參數(shù)：密度為2.71g/cm3，楊氏模量為70GPa，泊松比為0.3。填充的泡沫鋁材料密度為0.36g/cm3，楊氏模量為9.5GPa。3.邊界條件將圓管的下端固定不動(dòng)，對其上端施加軸向沖擊載荷，載荷大小為4500N。載荷施加的時(shí)間為2ms。四、數(shù)值模擬分析1.模擬軟件：采用ANSYSWorkbench有限元分析軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析。2.模擬步驟（1）導(dǎo)入幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。（2）選擇材料參數(shù)，將泡沫鋁材料和鋁合金材料分別定義為彈塑性材料，并在模型中進(jìn)行分配。（3）定義載荷、約束和初始條件。（4）運(yùn)行模擬分析并進(jìn)行結(jié)果分析。3.結(jié)果分析（1）圓管在軸向沖擊載荷作用下發(fā)生了塑性變形，并最終破裂。（2）填充率不同的泡沫鋁材料對結(jié)構(gòu)的抗載能力有顯著影響。填充率越高，結(jié)構(gòu)的承載能力越強(qiáng)。當(dāng)填充率為60%時(shí)，結(jié)構(gòu)的破壞載荷最大，為4778N。（3）泡沫鋁材料孔隙率對結(jié)構(gòu)的影響不如填充率顯著。當(dāng)泡沫鋁材料孔隙率為40%時(shí)，結(jié)構(gòu)破壞載荷最大，為4715N。五、結(jié)論本文利用數(shù)值模擬方法對填充泡沫鋁的金屬圓管在軸向沖擊載荷下的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：（1）填充率是影響結(jié)構(gòu)抗載能力的重要因素，填充率越高，結(jié)構(gòu)的承載能力越強(qiáng)。（2）泡沫鋁材料孔隙率對結(jié)構(gòu)的影響相對較小，當(dāng)孔隙率為40%時(shí)，結(jié)構(gòu)承載能力最強(qiáng)。（3）本文