分層梯度多孔金屬夾芯結(jié)構(gòu)的沖擊力學(xué)行為.pdf

1、多孔夾芯結(jié)構(gòu)由于其綜合了芯層的可壓縮性與面板的延展性等特點(diǎn)，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和物理特性被廣泛地應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、軍事工業(yè)以及建筑等領(lǐng)域。關(guān)于多孔金屬夾芯結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)靜態(tài)載荷和動(dòng)載荷下的力學(xué)行為研究已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。通?？梢杂米鲓A芯結(jié)構(gòu)芯層的材料和結(jié)構(gòu)包括點(diǎn)陣、格柵材料，金屬泡沫材料，聚酯泡沫材料，圓環(huán)、圓管等薄壁類(lèi)結(jié)構(gòu)。隨著研究的不斷深入，功能梯度夾芯結(jié)構(gòu)由于其能夠有效地發(fā)揮各類(lèi)芯層的優(yōu)點(diǎn)，減輕結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)的力

2、學(xué)性能，逐漸成為夾芯結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的重要課題。但是，目前對(duì)爆炸與沖擊等強(qiáng)動(dòng)載荷下梯度夾芯結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)行為的研究還比較少。
　　本文采用數(shù)值模擬計(jì)算、實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法系統(tǒng)地研究了爆炸荷載作用下梯度夾芯結(jié)構(gòu)（球殼、柱殼、方板）的變形失效模式和塑性動(dòng)力響應(yīng)，并與傳統(tǒng)非梯度夾芯結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能做了對(duì)比。主要討論了芯層不同的密度分布對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)變形失效模式、能量吸收及抗沖擊性能的影響。梯度夾芯結(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下芯層從迎爆面開(kāi)始逐層壓

3、縮，各芯層的壓縮過(guò)程相互耦合，芯層壓縮結(jié)束后伴隨有小幅的回彈和振蕩。通過(guò)對(duì)比背爆面中點(diǎn)的撓度發(fā)現(xiàn):芯層相對(duì)密度單調(diào)遞減的梯度夾芯結(jié)構(gòu)抗沖擊性能最佳，后面板動(dòng)能和殘余撓度最小。
　　采用自行研制的彈道沖擊擺系統(tǒng)對(duì)梯度蜂窩夾芯板結(jié)構(gòu)在爆炸荷載下的動(dòng)力響應(yīng)做了實(shí)驗(yàn)研究，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。分析了結(jié)構(gòu)的變形失效模式以及芯層排列組合方式對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響，對(duì)比了不同芯層排列方式下結(jié)構(gòu)抗爆性能差異。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)獲得的沖量不僅與裝藥情況

4、緊密相關(guān)，而且與結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)型有關(guān);結(jié)構(gòu)主要呈現(xiàn)出三種變形模式，分別為:局部變形;整體彎曲大變形和貫穿失效;梯度結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊能力優(yōu)于非梯度夾芯結(jié)構(gòu)，當(dāng)夾芯板較厚時(shí)，這種優(yōu)勢(shì)更為明顯。改變芯層的組合順序時(shí)，夾芯板后面板撓度和各芯層的壓縮情況有明顯變化;通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沖擊載荷較小時(shí)，梯度試件并沒(méi)有表現(xiàn)出較好的抗沖擊能力。隨著沖擊載荷的增加，梯度試件呈現(xiàn)出更好的抗沖擊性能，并且相對(duì)密度遞減的芯層排列方式具有最佳的抗爆炸沖擊性能。