鋁基復(fù)合材料夾層板與填充圓管力學(xué)性能研究.pdf

1、爆炸、高速沖擊等偶然荷載作用下結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)一直是土木工程領(lǐng)域的熱點研究課題。采用被動安全防護(hù)技術(shù)是當(dāng)前防護(hù)技術(shù)發(fā)展的主流，新型輕質(zhì)吸能材料在抗爆抗沖擊結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用正越來越引起研究人員的關(guān)注。泡沫鋁是一種人工制備的多孔材料，具有低密度、輕質(zhì)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(guān)注的新型結(jié)構(gòu)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(hù)工程等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式加以應(yīng)用。此外，將泡沫鋁填充在圓形管中提高結(jié)構(gòu)在沖擊作用下的承載能力也是這類材料重要的應(yīng)用和研究領(lǐng)域。總之，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(jié)構(gòu)，提高被保護(hù)結(jié)構(gòu)的抗爆炸抗沖擊能力，已經(jīng)成為防護(hù)工程領(lǐng)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(fù)合泡沫三明治板結(jié)構(gòu)和空心微球/Al基復(fù)合泡沫填充圓鋼管這兩種組合結(jié)構(gòu)的抗沖擊、抗爆性能進(jìn)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(xué)性能，具體詳細(xì)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(qū)動泡沫鋁金屬子彈高速撞擊鋼板-鋁基復(fù)合泡沫三明治板結(jié)構(gòu)的沖擊試驗進(jìn)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(xué)響應(yīng)；
　　(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(fù)合沫填充圓鋼管組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了軸向、橫向的準(zhǔn)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(zhǔn)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(jié)果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用LS-DYNA有限元軟件，建立所考察試件的精細(xì)化有限元模型