基于LS-DYNA的吸能薄壁结构冲击模拟

1、背景

对于车辆、航天器等运动着的结构来说，在发生碰撞事故或特定的冲击事件时能够吸收冲击能量并保护成员及贵重物品安全的能力称为“耐撞性"。车辆行驶安全，航天器软着陆等都提出了结构的耐撞性要求，即能够在突发或特定的碰撞事件中，依靠自身结构或附加装置的屈曲、断裂等破坏形式来减缓碰撞时的冲击荷载，耗散冲击能量。吸能元件耗散冲击能量可以通过结构发生极大变形来实现，在特定的安全许可范围内，吸能元件发生不可逆破坏，随冲击事件的进行结构表现为从一端开始渐进的压溃，并有很大的行程。此时，冲击能随元件的渐进压溃而被均匀的耗散，瞬时冲击载荷强度因而大大降低。显然，为了满足碰撞安全性能以保障重要物品和人员不受过载损伤，通过合理地设计和布置缓冲吸能元件从而保证结构能以极大变形压溃是提高耐撞性能的正确途径，这就对吸能元件的设计提出了要求。

金属薄壁结构在轴压载荷下能发生稳定的渐进失效，通过塑性变形吸收能量。满壁圆筒具有经济性、有效性、可靠性等特点，常被用作冲击吸能装置。作为吸能元件，除了轴向布置外，考虑到结构的要求，也可采用径向布置吸收能量。同时，为了提高比吸能，也可以在专用吸能构件中开设孔洞，达到耗能的目的。壳体在径向冲量外压作用时引起的呼吸振型，使圆简壳的环向应力产生周期性的变化，这种参数载荷在一定条件下可以激起壳体周向的弯曲振型，而使壳体丧失稳定。这些振型被称为非线性自参数激励，这种屈曲叫做自动参数振动屈曲。

2、模型设置

本文对六边形形状薄壁结构进行冲击模拟，结构具体形式如下图所示:

冲击载荷施加在薄壁结构的节点上，具体速度设置如下:

结构假定为理性刚塑性材料，采用非线性各向同性随动强化模型，具体参数设置如下:

模型中采用壳单元模拟该薄壁结构，接触类型为自动单面接触，为保证分析结果的正确，必须有效控制分析中可能出现的沙漏变形。墙体设置为刚体，这样既可以提高计算速度也可以保证结果的准确性。

3、结果分析

由以上结果可以看出，LS-DYNA能够较好的模拟出本结构受冲击后的变形状态，基本达到分析预期，说明LS-DYNA可以为这方面的研究提供可靠分析工具。