地面防護(hù)工程抗爆復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、面對大當(dāng)量殺傷性常規(guī)武器的爆炸破壞效應(yīng),地面防護(hù)工程的抗力設(shè)計和施工技術(shù)都已經(jīng)不能滿足工程防護(hù)的要求,而地面防護(hù)工程沒有地下防護(hù)工程可以提供的堅實(shí)厚重的巖土層作為防護(hù)層,完全依靠自身結(jié)構(gòu)抵抗武器破壞效應(yīng)。因此,選取當(dāng)前防護(hù)工程領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的前沿課題——地面防護(hù)工程的抗爆技術(shù)研究作為論文選題。針對地面防護(hù)工程的抗爆防護(hù)技術(shù),對雙摻混凝土、聚氨酯泡沫鋁復(fù)合材料和聚氨酯蜂窩紙板復(fù)合材料等三種復(fù)合材料進(jìn)行研究,從材料強(qiáng)度、吸能特性、本構(gòu)關(guān)系和

2、復(fù)合吸能抗爆結(jié)構(gòu)型式等四方面進(jìn)行了研究,提高地面防護(hù)工程的抗爆防護(hù)能力。主要取得以下研究進(jìn)展:
　　(1)研究摻加硅粉和粉煤灰混凝土的動態(tài)抗壓強(qiáng)度及最佳摻量。針對當(dāng)前地面防護(hù)工程結(jié)構(gòu)使用的普通 C50混凝土,在節(jié)約資金、減輕自重的前提下提高混凝土的強(qiáng)度,通過SHPB動態(tài)沖擊試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):雙摻混凝土的動態(tài)抗壓強(qiáng)度從120MPa提高到180MPa,顯著提高了結(jié)構(gòu)抗力。通過正交試驗(yàn)分析方法,找到不同沖擊條件下的最佳摻量,低速沖擊的最優(yōu)組合為

3、J2G3F1S3;中速沖擊的最優(yōu)組合為J2G2F1S2;高速沖擊的最優(yōu)組合為J1G3F1S3。
　　(2)研究聚氨酯泡沫鋁復(fù)合材料力學(xué)性能和吸能性能。通過對聚氨酯泡沫鋁結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)力學(xué)性能的研究,得出結(jié)論:聚氨酯泡沫鋁的屈服強(qiáng)度與應(yīng)變率、相對密度和聚氨酯含量成正比。隨著相對密度增加和聚氨酯含量增加,屈服強(qiáng)度均可提高10％以上。隨著應(yīng)變率的增加,泡沫鋁的屈服強(qiáng)度可提高45%以上,聚氨酯泡沫鋁的屈服強(qiáng)度可提高30%以上,因此認(rèn)為,泡

4、沫鋁和聚氨酯泡沫鋁具有非常明顯的應(yīng)變率效應(yīng)。聚氨酯含量的提高可使聚氨酯泡沫鋁吸能量提高50%以上,吸能效率提高30%以上。聚氨酯泡沫鋁的吸能效率可以達(dá)到0.7,是一種很好的吸能材料。
　　(3)研究聚氨酯蜂窩紙板復(fù)合材料力學(xué)性能和吸能性能。填充聚氨酯材料的蜂窩紙板在靜態(tài)受壓時使本來會有的失穩(wěn)階段消失,從而提高了蜂窩紙板復(fù)合材料的彈性極限水平(從0.2240MPa提高到0.5422MPa,增長了41.3%)和屈服應(yīng)力(約為填充前的3

5、-4倍),提升了蜂窩紙板材料的緩沖性能。復(fù)合材料靜、動態(tài)吸能性能大幅提高,吸能量約為復(fù)合前兩種材料吸能量總和的1-2倍;吸能效率E和理想吸能效率I均在0.6以上,是很好的緩沖吸能材料。
　　(4)建立抗爆復(fù)合材料的動態(tài)本構(gòu)模型?；诂F(xiàn)有的研究基礎(chǔ),分別對以上三種材料建立了動態(tài)本構(gòu)模型。分別建立了雙摻混凝土基于ZWT本構(gòu)模型的低應(yīng)變率本構(gòu)模型和非線性條件下隨機(jī)損傷本構(gòu)模型:
　　建立了聚氨酯泡沫鋁基于硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料本構(gòu)關(guān)系

6、的包含相對密度、應(yīng)變、應(yīng)變率和聚氨酯含量等影響因素的泡沫金屬本構(gòu)模型:
　　建立了聚氨酯蜂窩紙板基于Sherwood-Frost本構(gòu)關(guān)系的本構(gòu)模型:
　　(5)獲得不同抗爆結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化組合型式。通過 LS-DYNA有限元程序?qū)AFFC-聚氨酯泡沫鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗爆吸能數(shù)值計算,對復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析。結(jié)果表明:同等抗爆條件下,SAFFC(50cm)-聚氨酯泡沫鋁(20cm)-SAFFC(50cm)的抗爆性能為最佳。對填充S