The expanded polystyrene foam is widely used as a protective material in engineering applications where energy absorption is critical for the reduction of harmful dynamic loads. However, to design reliable protective components, it is necessary to predict its nonlinear stress response with a good approximation, which makes it possible to know from the engineering design analysis the amount of energy that a product may absorb. In this work, the hyperfoam constitutive material model was used in a finite element model to approximate the mechanical response of an expanded polystyrene foam of three different densities. Additionally, an experimental procedure was performed to obtain the response of the material at three loading rates. The experimental results show that higher densities at high loading rates allow better energy absorption in the expanded polystyrene. As for the energy dissipation, high dissipation is obtained at higher densities at low loading rates. In the numerical results, the proposed finite element model presented a good performance since root mean square error values below 9% were obtained around the experimental compressive stress/strain curves for all tested material densities. Also, the prediction of energy absorption with the proposed model was around a maximum error of 5% regarding the experimental results. Therefore, the prediction of energy absorption and the compressive stress response of expanded polystyrene foams can be studied using the proposed finite element model in combination with the hyperfoam material model.

中文翻译：

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发泡聚苯乙烯泡沫能量吸收的数值分析

发泡聚苯乙烯泡沫广泛用作工程应用中的保护材料，在这些应用中，能量吸收对于减少有害动态载荷至关重要。然而，要设计可靠的保护元件，必须以良好的近似值预测其非线性应力响应，这使得从工程设计分析中知道产品可能吸收的能量大小成为可能。在这项工作中，超泡沫本构材料模型用于有限元模型，以近似三种不同密度的发泡聚苯乙烯泡沫的机械响应。此外，还进行了实验程序以获得材料在三种加载速率下的响应。实验结果表明，高负载率下的更高密度允许发泡聚苯乙烯更好地吸收能量。至于能量耗散，在低负载率下以较高密度获得高耗散。在数值结果中，所提出的有限元模型表现出良好的性能，因为在所有测试材料密度的实验压应力/应变曲线周围获得了低于 9% 的均方根误差值。此外，关于实验结果，使用所提出的模型预测能量吸收的最大误差约为 5%。因此，可以使用所提出的有限元模型结合超泡沫材料模型来研究膨胀聚苯乙烯泡沫的能量吸收和压缩应力响应的预测。至于能量耗散，在低负载率下以较高密度获得高耗散。在数值结果中，所提出的有限元模型表现出良好的性能，因为在所有测试材料密度的实验压应力/应变曲线周围获得了低于 9% 的均方根误差值。此外，关于实验结果，使用所提出的模型预测能量吸收的最大误差约为 5%。因此，可以使用所提出的有限元模型结合超泡沫材料模型来研究膨胀聚苯乙烯泡沫的能量吸收和压缩应力响应的预测。至于能量耗散，在低负载率下以较高密度获得高耗散。在数值结果中，所提出的有限元模型表现出良好的性能，因为在所有测试材料密度的实验压应力/应变曲线周围获得了低于 9% 的均方根误差值。此外，关于实验结果，使用所提出的模型预测能量吸收的最大误差约为 5%。因此，可以使用所提出的有限元模型结合超泡沫材料模型来研究膨胀聚苯乙烯泡沫的能量吸收和压缩应力响应的预测。所提出的有限元模型表现出良好的性能，因为在所有测试材料密度的实验压应力/应变曲线周围获得了低于 9% 的均方根误差值。此外，关于实验结果，使用所提出的模型预测能量吸收的最大误差约为 5%。因此，可以使用所提出的有限元模型结合超泡沫材料模型来研究膨胀聚苯乙烯泡沫的能量吸收和压缩应力响应的预测。所提出的有限元模型表现出良好的性能，因为在所有测试材料密度的实验压应力/应变曲线周围获得了低于 9% 的均方根误差值。此外，关于实验结果，使用所提出的模型预测能量吸收的最大误差约为 5%。因此，可以使用所提出的有限元模型结合超泡沫材料模型来研究膨胀聚苯乙烯泡沫的能量吸收和压缩应力响应的预测。