鋁基復合材料夾層板與填充圓管力學性能研究.pdf

1、爆炸、高速沖擊等偶然荷載作用下結構的安全防護一直是土木工程領域的熱點研究課題。采用被動安全防護技術是當前防護技術發(fā)展的主流，新型輕質吸能材料在抗爆抗沖擊結構中的應用正越來越引起研究人員的關注。泡沫鋁是一種人工制備的多孔材料，具有低密度、輕質量、高比強度、高比剛度以及良好的緩沖吸能特性，是近些年來備受關注的新型結構與功能材料。泡沫金屬材料在爆炸、高速撞擊等荷載作用下具有良好的塑形大變形能力，能夠有效吸收爆炸沖擊產(chǎn)生的能量，在國防軍工、航天

2、航空及防護工程等領域具有廣闊應用前景。由于普通泡沫鋁自身承載力較低，不能單獨作為承載結構使用，工程上往往將泡沫鋁和鋼板(鋁板)制成三明治板(夾層板)的結構形式加以應用。此外，將泡沫鋁填充在圓形管中提高結構在沖擊作用下的承載能力也是這類材料重要的應用和研究領域?？傊?，利用致密連續(xù)金屬的強度和泡沫金屬的緩沖吸能特性，制備成各類形式的金屬-泡沫鋁組合結構，提高被保護結構的抗爆炸抗沖擊能力，已經(jīng)成為防護工程領域中重要的發(fā)展和研究方向。本文針對鋼

3、板-空心微球/Al基復合泡沫三明治板結構和空心微球/Al基復合泡沫填充圓鋼管這兩種組合結構的抗沖擊、抗爆性能進行了系統(tǒng)的實驗研究和數(shù)值模擬仿真分析，以探索其力學性能，具體詳細的研究內(nèi)容如下：
　　(1)利用顯示LS-DYNA非線性動力有限元程序，對一級輕氣炮驅動泡沫鋁金屬子彈高速撞擊鋼板-鋁基復合泡沫三明治板結構的沖擊試驗進行數(shù)值模擬，考察不同參數(shù)條件下，夾層板局部的變形與吸能特性；
　　(2)利用LS-DYNA有限元軟件，

4、基于LEB方法模擬TNT炸藥爆炸沖擊夾層板，探究夾層板在均布沖擊荷載作用下的動態(tài)力學響應；
　　(3)使用電子萬能壓縮試驗機和落錘沖擊試驗機，分別對薄壁圓鋼管、普通泡沫鋁填充圓鋼管和鋁基復合沫填充圓鋼管組合結構進行了軸向、橫向的準靜態(tài)壓縮和沖擊試驗，探討圓柱形試件在不同方向上的準靜態(tài)和動態(tài)屈曲失穩(wěn)模式、承載能力及吸能特性;
　　(4)在對試驗結果進行分析的基礎上，采用LS-DYNA有限元軟件，建立所考察試件的精細化有限元模型