Dynamic Response of Gradient Foams

Abstract

The Voronoi-type density-gradient foams with three layers are numerically simulated, in order to study their dynamic response. The focus of the study is not only on the energy absorption and the distal stress of the gradient foam, but also the impact stress. The results obtained show that reduction of both the initial impact peak stress, and the early energy absorption of the gradient foam can be privided by reducing density of the first layer. The undesirable effect on the energy absorption can be alleviated by diminishing the thickness of the first layer. The difference between densities of the first two layers density should be limited to a certain range to avoid the peak stress appearing in the second layer. A weak distal layer can reduce the distal stress of the foam under high-velocity impact, while a high density gradient between the last two layers will result in the early increase of the distal stress under moderate-velocity impact

С помощью численного метода исследованы динамические характеристики градиентных трехслойных пеноматериалов типа Вороного. Исследованы поглощение энергии, дистальные напряжения градиентного пеноматериала и напряжения при ударе. Установлено, что начальное максимальное напряжение при ударе и преждевременное поглощение энергии градиентного пеноматериала уменьшаются при низкой прочности первого слоя. Нежелательное влияние на поглощение энергии можно смягчить путем уменьшения толщины первого слоя. Различие между плотностью первых двух слоев необходимо контролировать в рамках предельного диапазона, чтобы избежать возникновения максимального напряжения во втором слое. Слабый дистальный слой может способствовать снижению дистального напряжения пеноматериала при высокой скорости удара, тогда как значительный градиент плотностей последних двух слоев приводит к преждевременному увеличению дистального напряжения при средней скорости удара.

За допомогою числового методу досліджено динамічні характеристики градієнтних тришарових піноматеріалів типу Вороного. Досліджено поглинання енергії, дистальні напруження градієнтного піноматеріалу і напруження під час удару. Установлено,що початкове максимальне напруження під час удару і передчасне поглинання енергії градієнтного піноматеріалу зменшуються за низької міцності першого шару. Небажаний вплив на поглинання енергії можна зм’якшити шляхом зменшення товщини першого шару. Різницю між щільністю перших двох шарів необхідно контролювати у межах граничного діапазону, щоб запобігти виникненню максимального напруження у другому шарі. Слабкий дистальний шар може сприяти зниженню дистального напруження піноматеріалу за високої швидкості удару, в той час як значний градієнт щільностей останніх двох шарів призведе до передчасного збільшення дистального напруження при середній швидкості удару.