方形孔洞夾層結構能量吸收的有限元分析

南 天

（馬來西亞博特拉大學 工程學院，馬來西亞 雪蘭莪 43400）

吸能盒作為常用的一種吸能結構，已廣泛應用于汽車行業。當吸能盒受到碰撞時，吸能盒自身發生塑性變形，吸收和耗散碰撞沖擊能量，達到安全保護的效果，其吸能能力主要受結構和材料兩方面的影響［1］。在吸能盒結構方面，研究人員研究了多種形狀空心管（如空心矩形管、空心六角管和空心三角管）結構的吸能盒的吸能性能［2-5］；在吸能盒的材料方面,研究人員對以金屬材料作為吸能材料的吸能盒進行了大量的研究［6］，但對碳纖維復合材料的吸能盒的研究較少。本文采用Abaqus軟件，對碳纖維復合材料的方形孔洞吸能盒的吸能性能進行仿真研究。

1 有限元模型的建立及仿真設置

采用Abaqus軟件建立的吸能盒有限元模型如圖1所示，吸能盒的內部結構如圖2所示，吸能盒的外形尺寸（長×寬×高）為100 mm×100 mm×150 mm，方形孔洞為正方形結構，本文對由邊長分別為8 mm、10 mm、15 mm的3種尺寸和夾層厚度分別為1 mm、1.5 mm和2 mm的3種尺寸所組成的9個吸能盒模型分別進行仿真實驗。仿真時，選取S4R四節點曲殼單元網格，網格尺寸為1 mm×1 mm，將整個模型劃分為54 000個單元。由于碳纖維復合材料在壓縮過程中會產生破碎，因此在網格劃分設置中，選擇允許元素消除，并將損傷系數D設定為1，將底板設置為完全固定，頂板設置為活動件，吸能盒模型和底板之間設置為連接（Tie）接觸，模型與頂板之間存在懲罰性接觸，摩擦系數設置為0.14，頂板移動的最大位移設置為145 mm，以保證將整個模型完全壓潰。……