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闭孔泡沫铝是一种高比刚度、高比强度、质量轻以及吸能性良好的新型多孔金属材料,凭借其显著的优势在航空航天、汽车工业以及运输行业等领域有着广泛的发展前景。针对闭孔泡沫材料的几何建模问题,本文以建立高孔隙率、孔隙分布均匀以及孔壁形状可控的几何模型为目的,为压缩变形、冲击吸能等性能研究建立更接近于真实结构的闭孔泡沫铝模型,并在此基础上对填充闭孔泡沫铝的保险杠做冲击仿真研究。本文主要研究内容如下:(1)利用Matlab平台建立分布均匀且孔壁大小可调的二维随机圆模型、三维随机球模型以及孔壁形状可调的二维Voronoi随机模型、三维Voronoi随机模型,并总结泡沫材料胞体几何模型的优化算法。其中,通过对以种子点为胞体核心的Voronoi多边形进行孔壁形状控制,提出孔壁形状控制方程。(2)基于二维Voronoi随机模型的优化算法,建立不同孔隙结构的闭孔泡沫铝模型。借助ABAQUS有限元软件对其进行压缩过程的仿真分析,以得到模型尺寸、孔隙率、孔径、加载速度、孔壁形状对应力应变曲线以及吸能性的影响。然后,通过对实体赋予泡沫铝力学性能参数进行压缩仿真,证实此方法的有效性。(3)利用线切割机将不同孔隙率的泡沫铝材料进行切割,并在微机控制电子万能试验机对试件进行压缩试验,将采集到的应力应变曲线与有限元结果进行对比,以验证有限元仿真的可靠性。而且,通过研究不同速度下的仿真结果,证实在一定单位内应变率不具有应变敏感性。(4)利用SolidWorks对填充闭孔泡沫铝的汽车保险杠进行建模,将所得到吸能性能良好的模型材料属性赋予泡沫铝实体,避免由于泡沫铝几何模型内部复杂性产生的内部大变形问题。基于LS-DYNA平台分别对填充与未填充泡沫铝的保险杠进行了碰撞冲击仿真,研究了泡沫铝填充体对保险杠横梁吸能性的影响。泡沫材料胞体几何模型的优化算法能够应用于泡沫金属模型的建立,同时,泡沫铝作为填充体可有效改善保险杠的吸能性,以更好地保护乘员安全。