如何建立泡沫金属填充钢管轴压模型

　　泡沫金属填充钢管轴压的模拟数据与王展光关于泡沫金属填充矩形镀锌钢管压缩性能研究的试验数据作对比。泡沫金属填充钢管轴压模型分别由顶端下压部件、钢管、底部承压部件和泡沫金属组成。对于顶部下压部件只允许轴向的运动，其尺寸为50mm×50mm×10mm;对于底部承压部件则约束三个方向上的约束，其尺寸为50mm×50mm×10mm;钢管的截面尺寸为40mm×40mm，壁厚为1mm，长度为120mm。为了消除负体积的影响和给接触留有空间，在泡沫金属与钢管之间设置很小的间隙，最终确定的泡沫金属的尺寸为39.5mm×39.5mm×120mm。泡沫金属采用自身接触，泡沫金属与顶部下压部件、泡沫金属与底部承压部件、泡沫金属与钢管都采用面-面接触形式，接触面之间的静摩擦系数为0.3，动摩擦系数为0.2。对泡沫金属，划分网格为2.5mm。为了模拟准静态加载的试验状态，对顶端下压刚体施加50mm位移的荷载，保持加载的速度为1mm/s。

　　泡沫金属填充钢管轴压试验结果与模拟数据的轴力-位移曲线的对比结果，从图中可以看出，曲线的变化呈现出大致相同的变化趋势，数值模拟的承载力最大值出现得较早一些，但与试验得到的峰值荷载数值大致相等。数值模拟的第一峰值荷载为45.66kN，试验得到的峰值荷载为45.36kN，两者的误差为2.2%;数值模拟的第二峰值点为26.21kN，试验得到的第二峰值点为25.10kN，两者的误差为4.4%。模拟得到的轴力位移曲线相较于试验得到的轴力位移曲线向前发生了平移，这是由于在试验中，顶部下压部件与试件之间存在一定的间隙，导致在已经发生一段位移的前提下荷载却很小。

　　数值模拟与试验的变形对比图，从图中可以看出，变形呈现出大致相同的形状，形式都为交错内叠的形式，一组对边出现两个褶皱，另一组对边出现三个褶皱。这说明了数值模拟方法的准确性，为后续开展参数化有限元分析奠定了基础。