1、用泡沫铝填充的轨道车辆吸能装置碰撞特性仿真

前言

在当今以人为本的和谐社会中，乘员被动安全性问题已成为民众和车辆设计人员关注的重要问题。

轨道车辆的缓冲吸能装置是被动安全技术的重要组成部分。国内外的研究学者已经对此有了大量的研究-5。在国外，各种形式吸能装置与耐碰撞结构的发展，使轨道交通的碰撞安全性已有了较大的改观。但是社会的进步又对车辆被动安全性能的提升有了更高的要求。这种提升不仅反映在吸收能量上，还表现在与乘员安全密切相关的碰撞减速度和撞击力指标的控制上，而寻求新型的吸能材料也和新型结构一样，已成为车辆碰撞安全领域中不断深入研究的课题。

20世纪80年代初，国内外许多学者对新型材料泡沫铝材料进行了研究。研究表明，泡沫铝除了具有一系列特殊的性能：如良好的强度、刚度与重量轻兼备的优点，独特的压缩性能以及良好的耐热性和阻燃性等。而其较大范围的平台期内较高的能量吸收率对于冲击防护更具优势，因而近年来开始被用于交通行业的碰撞能量吸收器。但由于其弹性范围较有限，以及压缩平台应力与压缩变形过程中杨氏模量的变化等复杂性能也使泡沫铝结构的碰撞仿真具有较大的难度。

1 、 泡沫铝的压缩力学性能

据研究,泡沫铝材料对压缩载荷具有独特的响应特征，在压缩的过程中，其应力应变曲线有一段很长的平台屈服阶段，即随着应变的增加应力基本上保持不变。这样，利用泡沫铝的最佳吸能曲线就可以选择合适密度的泡沫铝材料以满足碰撞性能的要求，从而提升了吸能器的效能和缓冲性能。因而，泡沫铝材料用于冲击防护的填充材料，其吸收冲击动能而不会产生超过被保护对象所能承受的最高应力的特性受到普遍关注。在压缩载荷下，泡沫铝材料的应力一应变(o-e)响应具有明显的三阶段特征，即：初始的弹性段、中间的塑性平台(Yield region)段及最后的应力急剧上升的致密段。

其中，平台屈服阶段的起始点应力称为泡沫材料的屈服或坍塌强度，而此强度远小于其基体的屈服强度。正是由于泡沫材料的这种独特的压缩行为，当受到外界冲击载荷时很容易发生变形，变形量大而流动应力水平较低。在压缩变形过程能消耗大量的功，将其转变为结构中泡孔的变形、坍塌、破裂、胞壁摩擦等各种形式所耗散的能量，从而有效地吸收外界的冲击能量。这种在较低应力水平下吸收大量冲击能量的特性正是作为防冲击和缓冲的理想材料。

对于泡沫铝材料力学性能受相对密度和应变率等影响，国内学者也已经通过实验证实：泡沫铝的平台段的屈服应力随相对密度的增大而增加。但对于泡沫铝材料是否应变率敏感材料这一问题，国内外学者对此还存在一定的争议18m。