مطالعه روشهای ساخت و مدلسازی المان محدود فوم های فلزی

فوم های فلزی، مواد متخلخلی هستند که در دهه های اخیر به دلیل خواص منحصر به فردی که دارند، مورد توجه قرار گرفته اند. نسبت استحکام به وزن بالا و قابلیت جذب ضربه و انرژی زیاد، آن دسته از خواص این مواد است که بیشتر به آنها توجه می شود. با توجه به اینکه دقت در انتخاب و اجرای روش های تولید فوم های فلزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و در صورت تغییر در پارامترهای آن، ساختار و کاربرد فوم حاصل متفاوت خواهد شد، لذا در مطالعه حاضر، ابتدا روش های مختلف تولید این مواد متخلخل بیان و مورد بررسی قرار گرفته و سپس مدلسازی این مواد در نرم افزار اِلمان محدود آباکوس (abaqus/cae) به دو روش زیر انجام گرفته است. روش اول مدلسازی فوم های فلزی به صورت مدل مکانیک محیط پیوسته است که برای این منظور شش پیکربندی تقویت شده محافظتی چند لایه در نرم افزار مذکور مدلسازی شده که سه مورد از این پیکربندی ها شامل یک صفحه برخورد فولادی و یک صفحه سرامیکی است و در سایر مدل ها در میان این دو صفحه، یک لایه فوم آلومینیومی با ضخامت های مختلف، لحاظ شده است. برخورد پرتابه ای با سرعت مشخص به این پیکربندی ها مطالعه شده تا تأثیر حضور فوم آلومینیومی در جذب انرژی مورد بررسی قرار گیرد. در این قسمت از مدل فوم ضربه پذیر له شونده برای مدلسازی رفتار پلاستیک فوم آلومینیومی و از مدل جانسون-کوک (johnson-cook) برای مدلسازی رفتار پلاستیک در فولاد و پرتابه و استفاده شده است. در پایان این بخش مشاهده شد که پیکربندی دارای فوم آلومینیومی با افزایش جرم 4/28 درصدی (حاصل از افزودن فوم به آن)، در جذب تنش های اعمالی به صفحه سرامیکی نقش بسزایی داشته و بیشینه این تنش ها را در مقایسه با پیکربندی بدون فوم، تا بیش از 50 برابر کاهش داده است. در روش دوم مدلسازی، رفتار فوم های فلزی بوسیله مدلسازی ریز ساختار آنها بررسی گردید. در این روش سعی شد تا با استفاده از مدل های ایده آل سازی شده و تکرارشونده موجود (مانند مدل اِلمان حجمی نماینده، مدل شش ضلعی منتظم، مدل گیبسون-اَشبی) و همچنین مدل هایی با ساختار تصادفی (مانند مدل گاسار)، رفتار یک یا چند سلول فومی تحت بارگذاری تک محوری فشاری مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. در پایان مشاهده شد که مدل سلول گیبسون-اَشبی یکی از بهترین و ساده ترین مدل ها جهت پیش بینی رفتار فوم های فلزی در کرنش های بالا تحت بارگذاری فشاری تک محوری است و همچنین اینکه با افزایش تخلخل (کاهش چگالی نسبی) در فوم های فلزی، تنش پایا و تنش تسلیم کاهش می یابند. همچنین می توان نتیجه گرفت که فو م های سلول بسته توانایی جذب انرژی بیشتری نسبت به فو های سلول باز دارند.