پياده سازي عددي وكاليبراسيون مدل ريز صفحه براي فوم‌هاي فلزي سلول بسته باساختارسلولي كروي

Numerical Implementation and Calibration of Microplane Model for Closed-Cell Metal Foams with Spherical Cellular Structure

فوم هاي فلزي به دليل دارا بودن خواص مكانيكي بسيار مناسب مانند نسبت سختي ومقاومت به وزن بالا،امكان جذب انرژي ناشي از برخورد وياانفجاروقابليت بازيافت،به سرعت درحال گسترش دركاربردهاي مهندسي مانند صنايع هوافضا، خودروسازي،سازه هاي سبك وزن ومستهلك كننده‌هاانرژي مي باشندودرهرسازه اي به كاررونداين خواص رابه ارمغان مي‌آورند. به منظورشبيه سازي عددي اين مواد مي توان ازروش-هاي مختلفي استفاده نمودكه ازآن ميان مي توان به مدل دو مقياسي ريزصفحه اشاره نمود. دراين مقاله يك الگوريتم عددي كارآمدوساده به منظورپياده سازي مدل ريزصفحه براي شبيه سازي رفتارفوم-هاي فلزي سلول ارايه مي شود. درگام بعدوبه منظوركاليبراسيون متغيرهاي مدل ريزصفحه،ريزساختارفوم به صورت پوسته‌هاي كروي مماس برهم به كمك روش اجزاي محدودغيرخطي شبيه‌سازي شده وتحت بارگذاري هاي تك محوري وهيدروستاتيكي قرارمي گيرد. درگام پاياني ودرجهت صحه گذاري مدل ريزصفحه،نتايج دومدل ريزصفحه وشبيه سازي ريزساختاربراي يك نمونه ي مكعبي تحت بارگذاري دومحوري مقايسه مي شودكه اين مقايسه نشان مي دهدعلي-رغم كاهش قابل توجه زمان محاسبات درشبيه سازي ريزصفحه،اين روش ازدقت بالاي برخورداراست.

Metal foams as a new class of materials with interesting properties such as high stiffness and strength to density ratios, capacity to absorb impact energy, and reproducibility, are rapidly growing their share in engineering applications such as aerospace, automotive industry, lightweight structures, and energy absorbers.Different numerical approaches have been already developed for the simulation of this class of materials from which the two-scale microplane model has been focused in this research. First a simple algorithm has been proposed for the numerical implementation of microplane model to simulate the mechanical behavior of closed-cell metal foams. The structure of foam is assumed to be an assembly of firmly bonded spherical shells. Next, in order to calibrate the microplane model, the mesostructure of foam has been simulated using non-linear finite element model. The FE model has been subjected to both uniaxial and hydrostatical loads and required steps for the extraction of model parameters from the results have been outlined. Finally, the results of microplane model and mesomodel have been compared for a more general biaxial loading condition. Despite tremendous reduction of computational cost, good agreement has been achieved.