由于泡沫材料的优良性能,如轻质、高的比强度和比刚度、良好的吸能、隔声、隔热和减震等,使得泡沫铝在各个领域具有广泛的应用空间。泡沫材料作为吸能缓冲的防护装置在工程中应用时必须承受一定的冲击载荷,因此,对泡沫材料的压缩性能及其变形机理的研究已经成为备受关注的问题。泡沫金属材料特殊孔结构使得泡沫材料比致密材料具有较低的屈服强度,在受到压缩时容易失效。为了更好地利用泡沫材料,人们对泡沫材料进行夹层处理,使其既能提高材料的屈服强度,又具有泡沫材料的优良特性。本文以数值模拟与理论分析相结合,系统研究了泡沫铝材料的孔径、孔隙率、孔结构对泡沫铝及其夹层结构的压缩力学性能的影响,然后对他们的吸能特性做了详细的分析。主要内容包括:1.建立简单立方结构的开孔泡沫铝模型,运用有限元模拟软件ANSYS/LS-DYNA对不同孔隙率和孔径的开孔泡沫铝进行压缩性能模拟。探究准静态压缩时,孔隙率和孔径对开孔泡沫铝的压缩性能及吸能性的影响。研究发现:随孔隙率和孔径增大,开孔泡沫铝的屈服强度降低6%~18%,吸能性减12%左右;开孔泡沫铝发生50%的变形时达到最佳吸能状态;其理想吸能效率能达到0.65,吸能性较好。把相同孔隙率的开孔泡沫铝模拟值与实验值相比较,其误差范围在4%~12%。2.建立十四面体的闭孔泡沫铝模型,对不同孔隙率和孔径的闭孔泡沫铝进行准静态压缩性能模拟实验。研究发现:随孔隙率的增大,闭孔泡沫铝屈服强度降低,吸能性减小26%左右;孔径对压缩性能及吸能性影响不大。闭孔泡沫铝在应变为75%时,吸能效率达到峰值,其平台区跨度比开孔的长;闭孔泡沫铝的理想吸能效率能达到0.75,比开孔的略高。通过模拟值与实验值的比较,其误差的范围在4%~14%,十四面体更接近泡沫铝的真实结构。3.运用有限元模拟软件ANSYS/LS-DYNA对不同孔隙率和孔径的开孔和闭孔泡沫铝夹层结构进行压缩性能模拟,并将吸能性进行分析比较。探究准静态及动态压缩时,孔隙率对泡沫铝夹层结构的压缩性能的影响。发现泡沫铝夹层结构随孔隙率增大其屈服强度降低;但孔隙率的大小对泡沫铝达到最佳吸能效率时所对应的应变值影响不大。在准静态加载时,随孔径的减小,泡沫铝夹层结构的屈服强度增加;吸收能量的大小随应变增大而增加。孔径对泡沫铝夹层结构的吸能效率和理想吸能效率的影响不大。泡沫铝夹层结构面板材料不同时,对泡沫铝夹层结构的压缩曲线也会产生一定影响。上面板为铝的泡沫夹芯板的吸能性稍高于上面板为钢板的夹芯板。下面板材料不同时对泡沫夹芯板的吸能性几乎没有影响。夹层结构的屈服应力是单纯泡沫铝的1.3倍,其吸收的能量也比泡沫铝的多20%,说明对泡沫铝进行夹层处理,其压缩性能和吸能性能都有提高。