泡沫金屬微結(jié)構(gòu)建模及其動態(tài)特性研究＊

羅耿 莫端鈺 王童 陳軼嵩 孫世光

（1.長安大學(xué)，西安 710064；2.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點實驗室，長沙 410082；3.西北工業(yè)大學(xué)，西安 710072）

主題詞：泡沫金屬 微結(jié)構(gòu) CT掃描 動態(tài)特性

1 前言

泡沫金屬具有比強度高、比剛度高等優(yōu)異的力學(xué)性能[1]，并且在壓縮載荷作用下，既能承受很大的塑性變形，又能保持相對穩(wěn)定的應(yīng)力水平，具有良好的能量吸收特性[2]，近些年被用于設(shè)計各類防護(hù)和吸能結(jié)構(gòu)，已在航空航天、建筑、車輛等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

大多數(shù)泡沫金屬采用發(fā)泡法制備，使其具有隨機分布且復(fù)雜的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，給泡沫金屬數(shù)值研究工作帶來了很大難度。早期，受技術(shù)手段限制，研究人員通常將胞孔結(jié)構(gòu)簡化為周期性排列的單胞模型[3-6]，不能準(zhǔn)確地反映泡沫金屬的真實細(xì)觀結(jié)構(gòu)，以致于不能準(zhǔn)確地模擬泡沫金屬的實際力學(xué)性能。目前，泡沫金屬3D 細(xì)觀隨機分布有限元模型主要有2 種：Voronoi 有限元模型和基于CT 掃描圖像建模的三維細(xì)觀有限元模型[7-8]。Voronoi 模型建模過程與泡沫發(fā)泡制備過程類似，在很多文獻(xiàn)中被用于表征泡沫金屬的細(xì)觀結(jié)構(gòu)[9-14]。

隨著計算機圖像處理硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于CT掃描圖像的泡沫金屬有限元建模技術(shù)使準(zhǔn)確模擬泡沫金屬隨機且復(fù)雜的細(xì)觀結(jié)構(gòu)成為可能。Michailidis等人[15-16]和Sun等人[17]分別建立了3D開孔和閉孔泡沫金屬模型。但文獻(xiàn)中所建立的基于CT掃描圖像的有限元模型大多被用來研究泡沫金屬在準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下的力學(xué)特性，關(guān)于泡沫金屬在動態(tài)載荷作用下的力學(xué)和變形特性的研究還較少。

泡沫金屬在沖擊載荷作用下表現(xiàn)出的動態(tài)特性主要為應(yīng)力增強現(xiàn)象和局部變形現(xiàn)象[18]。目前，研究人員認(rèn)為慣性效應(yīng)是造成泡沫金屬在動態(tài)沖擊下應(yīng)力增強的主要原因[19-20]，但對塑性沖擊波與泡沫金屬真實細(xì)觀結(jié)構(gòu)變形間的關(guān)系的研究還較少，基于CT 掃描圖像的細(xì)觀有限元模型無疑是研究該關(guān)系的有效路徑。

綜上所述，本文基于泡沫金屬的CT 斷層掃描影像信息重新構(gòu)建泡沫金屬三維數(shù)值模型，并通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗對有限元模型進(jìn)行驗證；進(jìn)而，基于CT掃描圖像有限元模型開展泡沫金屬動態(tài)加載仿真，研究塑性沖擊波在泡沫金屬中的傳播機理，對泡沫金屬在不同沖擊速度下的變形模式進(jìn)行討論，并確定變形模式間的臨界速度；最后對泡沫金屬的動態(tài)吸能特性進(jìn)行討論。

2 泡沫金屬微結(jié)構(gòu)模型

2.1 CT掃描原理

采用微CT 斷層掃描重構(gòu)技術(shù)，可在不損壞試樣的前提下快速重構(gòu)泡沫金屬的三維影像，其技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 CT掃描原理示意

2.2 二維影像處理與分析

利用CT 掃描設(shè)備對泡沫金屬試件進(jìn)行掃描，得到1 271張斷面照片，層間距尺寸為0.014 5 mm，照片尺寸為2 000 像素×2 000 像素，1 個像素點對應(yīng)實際尺寸0.014 5 mm。試件典型斷面照片如圖2a所示，其中灰色部分為泡沫金屬試件的實體孔壁，黑色部分為中空胞孔，由圖2a 可以清楚地看到泡沫金屬試件各橫截面胞孔的大小、形狀及分布情況。試件孔壁非常薄，二維胞孔呈現(xiàn)為不規(guī)則的多邊形，且胞孔大小不均。從二維截面圖中未觀察到泡沫金屬試件內(nèi)部存在大的缺陷。

通過CT掃描所得圖像有的較暗，孔壁胞孔不明顯，故需對斷面圖像進(jìn)行處理。調(diào)節(jié)CT 掃描圖像的對比度，將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，處理前、后效果對比如圖2所示。

圖2 試件截面處理前后對比

2.3 三維影像重構(gòu)

泡沫金屬三維影像重構(gòu)在商用軟件Mimics 中進(jìn)行，將二值化CT 圖像導(dǎo)入Mimics 中，生成泡沫金屬三維點云模型，如圖3所示。

圖3 泡沫金屬點云模型

由于泡沫金屬胞壁結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，無法通過直接實體化獲得其幾何模型，但是泡沫金屬中的空隙部分相對規(guī)則，故可先構(gòu)建空隙部分，然后通過布爾操作生成胞壁結(jié)構(gòu)從而獲得泡沫金屬的細(xì)觀模型，具體流程為：

a.在Mimics 中建立一個與試樣同樣大小的圓柱體，減去泡沫金屬試樣的3D點云模型，得到試樣胞孔分布的三維點云模型，如圖4所示。

圖4 試樣胞孔分布三維點云模型

b.將點云模型導(dǎo)入商用軟件Geomagic Studio。同時，為方便開展數(shù)值仿真工作時施加邊界并減少建模工作量，將圓柱體切成六面體，這樣雖會造成胞元數(shù)量減少，但已有研究結(jié)果表明[21]，只需任一方向上胞元數(shù)量超過5個或6個，泡沫金屬的宏觀力學(xué)性能就不隨細(xì)觀胞元數(shù)量變化。

c.新建一個邊長為15 mm 的立方體，經(jīng)布爾運算，用立方體依次減去4 部分胞孔結(jié)構(gòu)，即可得泡沫金屬三維幾何模型，過程如圖5所示。

圖5 泡沫金屬幾何模型建模過程

對胞孔數(shù)量、體積和表面積進(jìn)行統(tǒng)計。首先將泡沫鋁胞孔等效為規(guī)則球體，則泡沫金屬胞孔的等效直徑De為：

式中，V為胞孔的體積。

經(jīng)統(tǒng)計得到泡沫金屬的胞孔總數(shù)量為149個，孔徑范圍為1.45～6.46 mm，平均孔徑為2.97 mm。廠商給出的泡沫金屬平均孔徑為2.88 mm，本文建模誤差為3.12%，可見模型的孔徑與實物吻合情況很好?？讖椒植冀Y(jié)果如圖6所示：試件中孔徑尺寸在2.0～2.5 mm區(qū)間內(nèi)的胞孔數(shù)量最多，占胞孔總數(shù)量的22.8%；孔徑尺寸在6.0～6.5 mm區(qū)間內(nèi)的孔徑數(shù)量最少，僅占胞孔總數(shù)量的1.3%。

圖6 泡沫金屬孔徑分布統(tǒng)計

實際泡沫金屬的胞孔形狀為光滑的不規(guī)則體，與球體相差甚遠(yuǎn)。為表征胞孔形狀，定義與球體的相似程度為球度：

式中，S為與胞孔同體積的球體的表面積。

球度越接近1，說明胞孔的形狀越接近球形。經(jīng)統(tǒng)計，本文所建立的泡沫金屬細(xì)觀幾何模型球度分布結(jié)果如圖7 所示，球度分布范圍為0.497～0.987，平均球度為0.789。由圖7 可以看出，球度分布在＞0.7～0.8 區(qū)間的胞孔最多，占30.9%，其次是球度分布在＞0.9～1.0之間的胞孔，占26.8%，說明泡沫金屬的胞孔形狀并非很接近球形。

圖7 泡沫金屬球度分布統(tǒng)計

3 數(shù)值模型建立與驗證

3.1 數(shù)值模型建立

采用ANSYS/ICEM 將泡沫金屬的細(xì)觀幾何模型劃分為四面體單元，共得到單元409 146個，劃分結(jié)果如圖8所示。

圖8 泡沫金屬模型網(wǎng)格劃分結(jié)果

泡沫金屬細(xì)觀有限元模型如圖9所示，上、下2塊板均為剛性板，泡沫模型置于其間。對上板施加豎直向下的位移載荷，下板固定為支持端。泡沫和2個剛性板間設(shè)置接觸，同時為泡沫金屬本身設(shè)置自接觸。泡沫金屬孔壁材料為鋁合金，其參數(shù)如表1所示[22]。

圖9 泡沫金屬細(xì)觀有限元模型

表1 閉孔泡沫金屬基體材料參數(shù)

3.2 數(shù)值模型的建立

為驗證泡沫金屬細(xì)觀有限元模型的準(zhǔn)確性，本文開展了泡沫金屬準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮試驗，采用萬能試驗機完成。準(zhǔn)靜態(tài)試驗所用的泡沫金屬試件尺寸為50 mm×50 mm×70 mm，與用于CT 掃描的泡沫金屬從同一塊泡沫金屬材料上切割所得。試驗采用位移控制，加載速度為1.5 mm/min。

泡沫金屬準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗與數(shù)值仿真名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線對比如圖10 所示。由圖10 可知，2 條曲線吻合良好，表明本文所建立的細(xì)觀有限元模型可對泡沫金屬的宏觀力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。

藍(lán)藻監(jiān)測方面，由區(qū)環(huán)保局負(fù)責(zé)，以太湖流域第二大省際湖泊——淀山湖為重點，規(guī)定每年1—4月，逐月對淀山湖進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，5月起至10月止，對淀山湖實行人工加密監(jiān)測。水質(zhì)監(jiān)測方面，青浦水環(huán)境監(jiān)測分中心在淀山湖及其周邊河道設(shè)置了14個監(jiān)測點，以固定的頻次采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行7項水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測，在中小河道水質(zhì)監(jiān)測上，設(shè)置73個常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測點，每月1次進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測。

圖10 數(shù)值仿真與準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線及變形對比

圖10 中也給出了在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷作用下，試驗和數(shù)值仿真中試件的變形過程，試驗和數(shù)值仿真所呈現(xiàn)的變形形式相似。在泡沫金屬靜態(tài)壓縮中，塑性屈服起始于泡沫金屬的最薄弱部位，然后觸發(fā)與其相鄰的胞元坍塌，形成剪切變形帶，如圖10b所示。隨著壓縮繼續(xù)，次薄弱區(qū)域出現(xiàn)塑性變形，形成第2條剪切帶，如圖10c所示。該過程不斷重復(fù)，直至進(jìn)入密實化階段，如圖10d 所示。在該階段，泡沫金屬被壓實，胞壁相互擠壓導(dǎo)致應(yīng)力陡然上升。試驗和數(shù)值仿真中變形模式的對比結(jié)果表明，有限元模型可準(zhǔn)確模擬泡沫金屬的細(xì)觀變形特性。

4 泡沫金屬動態(tài)特性

在沖擊載荷作用下，泡沫金屬的動態(tài)特性主要包括局部變形現(xiàn)象和應(yīng)力增強現(xiàn)象。塑性沖擊波是其動態(tài)特性形成的主要原因，本文將對泡沫金屬在沖擊載荷作用下的塑性沖擊波效應(yīng)開展詳細(xì)研究，以對泡沫金屬動態(tài)特性的機理進(jìn)行解釋。

4.1 塑性沖擊波

基于細(xì)觀有限元模型開展泡沫金屬的動態(tài)加載仿真，當(dāng)加載速度為150 m/s時，其變形過程以及泡沫金屬沖擊端和支撐端的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖11 所示。在沖擊過程中，泡沫金屬的塑性變形首先發(fā)生在沖擊端，如圖11c 所示，然后沿著沖擊方向逐層向支撐端傳播，如圖11d、圖11e 所示，該現(xiàn)象即泡沫金屬的局部變形現(xiàn)象。沿著沖擊方向逐層壓潰的胞元在宏觀上表現(xiàn)為一條塑性沖擊波。在初始階段，泡沫金屬的沖擊端首先產(chǎn)生彈性波，彈性波向著支撐端傳過整個泡沫金屬試樣，使試樣處于彈性變形狀態(tài)。彈性波從沖擊端傳播到支撐端需要一定的時間，所以圖中2 條應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在時間差。

由圖11可以發(fā)現(xiàn)，在塑性沖擊波傳播的過程中，沖擊端和支撐端的應(yīng)力基本保持穩(wěn)定，且沖擊端應(yīng)力高于支撐端應(yīng)力，該現(xiàn)象即泡沫金屬的應(yīng)力增強現(xiàn)象。由此可見，泡沫金屬的局部變形現(xiàn)象和應(yīng)力增強現(xiàn)象是同時出現(xiàn)且同時存在的。造成這一現(xiàn)象的原因是局部變形區(qū)域的應(yīng)力水平高于未變形區(qū)域，塑性沖擊波的波陣面為變形區(qū)域和未變形區(qū)域的分界面，因此造成了宏觀層面上泡沫金屬的應(yīng)力增強現(xiàn)象。

圖11 沖擊載荷下泡沫金屬應(yīng)力-應(yīng)變曲線及變形過程

當(dāng)波陣面抵達(dá)支撐端時，泡沫金屬不存在未變形區(qū)域，可以認(rèn)為沖擊端應(yīng)力等于支撐端應(yīng)力，反映在其應(yīng)力-應(yīng)變曲線上即2條曲線的交點A。與此同時，波陣面在支撐端發(fā)生反射，因此支撐端應(yīng)力迅速上升，直至塑性沖擊波重新抵達(dá)沖擊端。在此過程中泡沫金屬已經(jīng)相當(dāng)密實，因此無法從細(xì)觀有限元模型的變形中觀察到塑性沖擊波。為了更加直觀地分析泡沫金屬中塑性沖擊波的傳播規(guī)律，假設(shè)塑性沖擊波由沖擊端向支撐端傳播時為第1次壓縮階段，塑性沖擊波由支撐端向沖擊端傳播時為第2次壓縮階段，塑性沖擊波的傳播過程如圖12所示。

圖12 塑性沖擊波在泡沫金屬中的傳播過程示意

圖12 中：εL、εL2分別為第1 次壓縮階段和第2 次壓縮階段的鎖定應(yīng)變；σ0、σ1、σ2分別為泡沫金屬準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下的平臺應(yīng)力、第1次壓縮階段沖擊波陣面后區(qū)域應(yīng)力和第2 次壓縮階段沖擊波陣面后區(qū)域應(yīng)力。由圖12可知，泡沫金屬兩端的應(yīng)力存在3 個平臺階段。在第1次壓縮階段（塑性沖擊波向支撐端傳播階段）中，如圖12b所示，支撐端應(yīng)力小于沖擊端應(yīng)力。當(dāng)塑性沖擊波抵達(dá)支撐端時，支撐端應(yīng)力發(fā)生階躍，而沖擊端應(yīng)力保持不變，如圖12c所示。在第2次壓縮階段（塑性沖擊波向沖擊端傳播階段）中，沖擊端應(yīng)力小于支撐端應(yīng)力，如圖12d所示，直至第2次壓縮階段結(jié)束。根據(jù)上述塑性沖擊波在泡沫金屬中的傳播機理作出以下假設(shè)：由于彈性階段十分短暫，忽略泡沫金屬的彈性變形階段；塑性沖擊波在泡沫金屬中傳播的過程中，沖擊端應(yīng)力和支撐端應(yīng)力保持不變；塑性沖擊波的波陣面前、后區(qū)域的應(yīng)力突變；塑性沖擊波在端面反射時會引起波后區(qū)域應(yīng)力出現(xiàn)階躍?；谝陨霞僭O(shè)可以得到?jīng)_擊載荷作用下泡沫金屬的理想化材料模型，如圖13所示。

圖13 泡沫金屬理想化材料模型

對應(yīng)圖13 中的模型，應(yīng)力和應(yīng)變之間理想化關(guān)系表達(dá)式為：

式中，σi、σs分別為沖擊端應(yīng)力和支撐端應(yīng)力。

可以發(fā)現(xiàn)，對于泡沫金屬等多孔材料，由于在動態(tài)載荷作用下塑性沖擊波（局部變形現(xiàn)象）存在，使得其內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻（產(chǎn)生應(yīng)力增強現(xiàn)象），因此，泡沫金屬的動態(tài)理想化模型應(yīng)該由2條曲線構(gòu)成，用于描述其整體的應(yīng)力狀態(tài)。在已有的研究工作中，一般只關(guān)注了動態(tài)載荷作用下泡沫金屬沖擊端的應(yīng)力變化情況，如圖14 所示的剛性-理想塑性-鎖定應(yīng)變（Rigid-Perfect Plastic-Locking strain，RPPL）理想化材料模型，其中εd為壓實應(yīng)變，σqs為臨界屈服應(yīng)力。

圖14 泡沫金屬RPPL理想化材料模型[23-24]

4.2 動態(tài)鎖定應(yīng)變

在前文建立的理想化材料模型中，最重要的參數(shù)為泡沫金屬的鎖定應(yīng)變?；谟邢拊治鼋Y(jié)果，當(dāng)塑性沖擊波形成并傳播時，可認(rèn)為波陣面后區(qū)域的變形程度達(dá)到鎖定應(yīng)變。因此，當(dāng)塑性沖擊波抵達(dá)支撐端時，泡沫金屬的名義應(yīng)變?yōu)樵摏_擊速度下泡沫金屬的鎖定應(yīng)變，可以通過測量此時泡沫金屬的名義應(yīng)變來獲得泡沫金屬的鎖定應(yīng)變。當(dāng)沖擊波傳播到支撐端時，可以認(rèn)為整個泡沫金屬都在波陣面后方，材料中的質(zhì)點都具有指向支撐端的速度，在這一刻，泡沫金屬整體的動能最大。因此，可以根據(jù)泡沫金屬在沖擊過程中的動能最大值來確定泡沫金屬的鎖定應(yīng)變。

本文計算了不同沖擊速度下泡沫金屬的動能隨應(yīng)變的變化關(guān)系，如圖15所示。從圖15中可以看到，隨著速度的增大，泡沫金屬動能最大值對應(yīng)的應(yīng)變增大，也就是泡沫金屬的鎖定應(yīng)變增大。不同速度下動能最大值對應(yīng)的應(yīng)變即為泡沫金屬不同沖擊速度下的鎖定應(yīng)變。泡沫金屬動態(tài)鎖定應(yīng)變隨沖擊速度的變化如圖16所示，泡沫金屬的鎖定應(yīng)變隨著沖擊速度的提高而增大，Tan等人[25]的工作也對相似的現(xiàn)象進(jìn)行了描述。

圖15 不同速度下的動能應(yīng)變曲線

圖16 鎖定應(yīng)變隨沖擊速度變化曲線

4.3 變形模式

泡沫金屬在沖擊載荷下的變形模式與沖擊速度密切相關(guān)?；谌S細(xì)觀有限元模型，通過改變沖擊速度，可以觀察到泡沫金屬不同的變形模式。圖17 給出了泡沫金屬在沖擊速度為20 m/s、70 m/s和150 m/s時的變形模式。由圖17可知，隨著沖擊速度的提高，泡沫金屬的壓縮呈現(xiàn)出不同的變形模式。根據(jù)變形特點，可將泡沫金屬在沖擊載荷下的壓縮變形分為3種模式：在沖擊速度較低時，其變形較為均勻，初始塑性變形發(fā)生在孔壁薄弱位置，稱為均勻模式，如圖17a所示；當(dāng)沖擊速度較高時，變形會高度集中在沖擊端，形成一個很窄的變形帶，并且從沖擊端以逐層壓潰的方式向支撐端傳播，這種變形模式稱為沖擊模式，如圖17c所示；當(dāng)沖擊速度介于上述2種變形模式對應(yīng)的沖擊速度之間時，泡沫金屬沒有形成明顯的變形帶，但變形靠近沖擊端，同時泡沫金屬試樣薄弱孔壁處也會發(fā)生變形，這種變形模式稱為過渡模式，如圖17b所示。由圖17可知，隨著沖擊速度的提高，泡沫金屬內(nèi)部逐漸形成明顯的沖擊波。相對應(yīng)地，泡沫金屬的變形模式也從過渡模式轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊模式。

圖17 泡沫金屬在不同沖擊速度下的變形模式

為研究泡沫金屬的動態(tài)沖擊行為，本文引入應(yīng)力均勻化指標(biāo)[26]：

可認(rèn)為I=0.9時對應(yīng)的速度為均勻模式向過渡模式轉(zhuǎn)變的臨界速度。

應(yīng)用三維細(xì)觀有限元模型計算了不同加載速度下的單軸壓縮，得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，計算出了不同速度下的應(yīng)力均勻化指標(biāo)，如圖18所示。從圖18中可以看出，本文所用的泡沫金屬模型從均勻模式向過渡模式轉(zhuǎn)變的臨界速度為50 m/s。

圖18 不同加載速度下平臺應(yīng)力均勻化指標(biāo)

4.4 動態(tài)吸能特性

泡沫金屬在沖擊載荷下的各項吸能特性指標(biāo)與沖擊速度的大小關(guān)系密切。在不同沖擊速度下，泡沫金屬沖擊端名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖19所示，隨著沖擊速度的提高，名義應(yīng)力不斷增大。通過泡沫金屬的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以計算得到如下吸能指標(biāo)：

圖19 泡沫金屬沖擊端名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線

a.總吸能EA，主要用于評價吸能結(jié)構(gòu)在變形過程中通過塑性變形損耗的能量。

b.平臺應(yīng)力σp，表征吸能結(jié)構(gòu)從開始屈服直到密實的整個過程中平均應(yīng)力的大小，能比較直觀地反映結(jié)構(gòu)的吸能特性。

c.峰值應(yīng)力Pm，表征沖擊過程中結(jié)構(gòu)剛開始發(fā)生屈服時受到的載荷。

圖20所示為吸能、平臺應(yīng)力、峰值應(yīng)力與沖擊速度的關(guān)系，由圖20 可知，泡沫金屬在沖擊載荷作用下，隨著沖擊速度的提高，總吸能EA、平臺應(yīng)力σp、峰值應(yīng)力Pm均在不斷提高。

圖20 吸能、平臺應(yīng)力、峰值應(yīng)力與沖擊速度變化關(guān)系

5 結(jié)束語

本文基于微CT掃描技術(shù)獲得了泡沫金屬連續(xù)斷面照片，并開展了泡沫金屬微結(jié)構(gòu)模型建模技術(shù)研究。同時，基于CT 掃描圖像的細(xì)觀有限元模型開展了一系列加載仿真，對泡沫金屬動態(tài)特性進(jìn)行了細(xì)致討論，研究結(jié)果表明：

a.本文所建立的細(xì)觀有限元模型，無論從細(xì)觀上的胞元變形，或是宏觀上的載荷-位移響應(yīng)，均能準(zhǔn)確模擬泡沫金屬性能。

b.泡沫金屬的胞元在細(xì)觀層面上逐層壓潰，造成宏觀層面上的塑性沖擊波傳播和反射，導(dǎo)致出現(xiàn)局部變形現(xiàn)象和應(yīng)力增強現(xiàn)象。同時，由于塑性沖擊波反射，支撐端應(yīng)力出現(xiàn)階躍現(xiàn)象，傳統(tǒng)理想化材料模型不能準(zhǔn)確反映泡沫金屬兩端應(yīng)力狀態(tài)，本文建立的理想化材料模型能描述泡沫金屬兩端應(yīng)力狀態(tài)。

c.隨著泡沫金屬所受到的沖擊速度提高，鎖定應(yīng)變也增大；同時，本文確定了泡沫金屬的不同變形模式，分別為均勻模式、過渡模式、沖擊模式，并引入均勻化指標(biāo)，確定了均勻模式與過渡模式之間臨界速度為50 m/s。

d.總吸能、平臺應(yīng)力和峰值載荷三者均隨著沖擊速度的提高而提高，泡沫金屬的吸能特性隨沖擊速度的提高而有所增強。