基于随机生成算法的复杂闭孔泡沫铝夹芯结构三维细观模型抗爆性能研究

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论文标题

Explosion Resistance of Three-Dimensional Mesoscopic Model of Complex Closed-Cell Aluminum Foam Sandwich Structure Based on Random Generation Algorithm

基于随机生成算法的复杂闭孔泡沫铝夹芯结构三维细观模型抗爆性能研究

摘要

研究者们在本文中构建了具有三维细观结构的泡沫铝模型。具体构建方法是，首先根据闭孔胞元空间分布以及形状的随机性，利用Voronoi算法在Abaqus中生成随机分布的多面体胞元；然后利用Python及Fortran建立了具有随机尺寸和壁厚的泡沫铝三维结构，同时还利用TrueGrid软件进行了网格划分。最后将其导入LS-Dyna进行最后的处理工作。根据电镜扫描和抗爆测试结果，发现生成的三维细观模型的形态与性能与真实泡沫铝接近，吻合度大于91.4%。
接着，研究者们利用数值模拟方法研究并揭示了在爆炸冲击载荷下，闭孔泡沫铝的破坏、胞壁变形以及胞孔反射和投射后冲击波快速衰减的机理。研究表明，泡沫铝的变形区域可以分为四部分：溃缩区（collapse）、破碎区（fracture）、塑性变形区以及弹性变形区。因此，泡沫铝的抗爆能力与胞壁和胞孔尺寸有着直接联系。同时，针对泡沫的抗爆能力，存在一个最优化的孔隙率。