铝蜂窝夹芯结构抗爆性能仿真分析与优化

利用CONWEP计算模型对铝蜂窝夹芯结构的抗爆性能进行了有限元分析，以背板最大变形和夹芯层比吸能作为抗爆性能指标，根据不同基体材料的组合结构建立了铝蜂窝夹芯结构的基准模型.基于基准模型，定量研究了铝蜂窝夹芯结构各部分结构参数和蜂窝胞元类型对其抗爆性能的影响规律.结果表明面板材料采用Al2024T351，背板材料采用RHA的组合结构具有良好的抗爆性能；相比于背板厚度变化，面板厚度的变化对铝蜂窝夹芯结构抗爆性能指标的影响更显著.应用构建代理模型的方法对铝蜂窝夹芯结构的抗爆性能进行了多目标优化设计，使铝蜂窝夹芯结构的抗爆炸冲击波性能得到了明显改善，这对抗爆结构的工程设计有一定指导意义.     

三种蜂窝夹芯板的抗爆性能分析

为进一步理解强爆炸载荷下蜂窝夹芯板的抗爆机理,采用ABAQUS/Explicit有限元软件,对3种蜂窝夹芯板的抗爆性能进行了数值模拟分析. 对比了圆孔蜂窝、六边形蜂窝和六角排列圆管3种芯层结构的单胞的面外压缩性能,分析了夹芯板在爆炸载荷作用下的变形过程. 结果表明:对于相同相对密度的3种芯层,在准静态压缩下,六角排列圆管最容易压缩,其平台应力最低,而圆孔蜂窝的平台应力最高. 在相同的结构参数与爆炸载荷作用下,六角排列圆管夹芯板的背板挠度最小,抗爆性能最优. 分析了圆管夹芯板抗爆性能的参数影响,结合载荷传递与芯层压缩变形机制,阐明了夹芯板的抗爆机理,并指出总吸能量不能直接反映夹芯板抗爆性能优劣.      

热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为

夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控制落锤下落高度实现不同冲击能量对结构低速冲击响应的影响;并在相同的冲击能量下,研究了蜂窝夹芯结构芯层高度和芯层层数对结构抗冲击性能的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了蜂窝夹芯板的低速冲击模型与试验结果进行对比,通过对获得的载荷时间曲线和结构失效模式的分析,发现结构的损伤以上面板的凹陷和芯层的压溃为主,在面板未发生穿透的情况下结构会发生大幅度回弹。     

爆炸载荷下层级蜂窝铝夹芯板的动力响应分析

通过在正六边形蜂窝结构的节点上增加次级六边形蜂窝结构,形成一种层级蜂窝芯层结构,利用LS-DYNA有限元软件分析了层级蜂窝铝夹芯板在爆炸载荷作用下的动力响应和吸能特性,研究了载荷与芯层构型对结构变形和能量吸收的影响,并与传统蜂窝铝夹芯板进行了对比.结果表明:在所研究的范围内,当载荷较小时,传统蜂窝铝夹芯板的后面板挠度较小;当载荷较大时,多层级蜂窝铝夹芯板的后面板挠度较小,抗冲击能力较好,并且这种优势随着载荷的增加愈加明显;改变芯层层级参数对结构后面板挠度的影响较小,但对芯层比吸能有较大的影响,当层级参数为0.1时,芯层比吸能最高.     

UHMWPE背板铺层角度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

由于背板强度对陶瓷/纤维复合装甲的抗弹性能存在明显影响，采用12.7 mm穿燃弹(刚脆性)冲击实验研究了不同UHMWPE背板铺层角度对陶瓷/纤维复合装甲弹道冲击性能的影响.通过观测回收的弹芯、靶体陶瓷及纤维背板宏观破坏特征，分析了陶瓷/纤维复合装甲的耗能机理及抗弹性能.试验结果表明，陶瓷锥是陶瓷面板的主要破坏模式，其宏观裂纹主要有:径向、环向及与锥形裂纹；纤维背板变形模式为动态锥形鼓包及边界褶皱，其破坏失效模式有:剪切失效及层间剥离.并且，背板强度对陶瓷/纤维复合靶板的抗弹性能有明显影响，随着UHMWPE背板铺层角度的减小，背板强度以及陶瓷/纤维靶板整体结构刚度随之增大，靶板对弹芯的破碎作用越明显，冲击后剩余弹芯最大碎片质量减小，小碎块数量增多，弹丸碎块穿透靶板后剩余侵彻能力减弱，复合靶板整体抗弹性能增加，同时背板鼓包高度减小，锥形鼓包所形成的角度增大，纤维层合板的破坏失效模式从剪切失效向层间剥离转变.      

铝蜂窝夹芯三明治板弹道极限的实验研究

为研究铝蜂窝夹芯三明治结构的弹道防护特性,设计并实施了一系列速度在100~250 m/s之间的弹道冲击实验. 研究了在不同冲击速度、面板厚度、芯层密度和弹丸头部形状等条件下,该结构的能量吸收特性和弹道极限. 结果表明,铝蜂窝夹芯能有效提高三明治板的抗弹能力,并且对高速弹丸防护能力的提高作用更加显著. 在弹速相同的条件下,结构对平头弹丸的能量吸收低于圆头和尖头弹丸.     

爆炸载荷下蜂窝/波纹夹芯方板的动力学行为研究

采用弹道摆锤测试系统对铝波纹、铝蜂窝夹芯板进行了爆炸冲击加载实验。通过改变炸药量及炸药位置实现对结构不同冲量的加载,分析对比了不同冲量作用下两种金属夹芯板的变形/失效模式。实验结果表明,爆炸载荷作用下波纹芯层和蜂窝芯层表现出的变形失效模式较为相似,包括中心压实区域,部分压实区域以及边界处的剪切变形;但在冲量较大时,波纹芯层在边界处的剪切变形更为明显。在载荷条件及芯层平均密度一定的情况下,由于梯形波纹芯层较蜂窝芯层较弱的能量吸收能力,波纹夹芯板将产生更大的残余挠度。实验结果对波纹夹芯板和蜂窝夹芯板在抗爆结构中的选择应用具有一定的参考价值。     

类蜂窝和六边形蜂窝夹芯等效力学参数对比与仿真

本文提出了相同等效密度这一条件下进行类蜂窝及六边形蜂窝夹芯结构等效力学参数对比分析的方法,这一方法将有利于工业中对填充材料类型的选取.基于能量法对类蜂窝夹芯结构和六边形蜂窝夹芯结构共面等效力学参数进行推导,并利用有限元法对类蜂窝夹芯结构和六边形蜂窝夹芯结构进行仿真分析,验证了理论推导公式的准确性.仿真结果显示在相同等效密度下,六边形蜂窝夹芯结构在x,y,z三方向的等效弹性模量均高于类蜂窝夹芯结构,但其等效力学性能随胞元边长变化时的稳定性低于类蜂窝夹芯结构,该对比方式为不同类型蜂窝夹芯结构的选取提供了参考.     

蜂窝夹芯结构吸波性能的有限元计算分析

针对周期性蜂窝夹芯结构型吸波材料的非均匀性,提出采用频域有限元数值仿真和散射参数反演法计算不同构型蜂窝夹芯材料的雷达散射截面（RCS）和反射系数,并探讨了周期性蜂窝夹芯结构中胞元的尺寸效应对结构型吸波材料隐身性能的影响．计算结果表明：对于具有相同体分比的不同构型蜂窝夹芯结构型吸波材料,当胞元尺寸大于工作波长时,夹芯材料的不均匀性导致RCS值变化幅度较大;随着尺寸的缩减,RCS值逐渐减小且变化趋于平缓．但在不同入射方向具有明显的散射特性,而且不同构型蜂窝夹芯结构的反射系数也表现出明显的尺寸效应．研究结果为周期蜂窝夹芯结构型吸波材料的多功能设计提供了计算依据．     

泡沫铝夹芯板抗侵彻性能的数值研究

应用LS-DYNA 3D有限元软件数值研究了固支泡沫铝夹芯方板的抗侵彻性能。分析了面板厚度、芯层厚度、芯层相对密度及不同子弹形状对夹芯板抗侵彻性能的影响,以及不同撞击速度下夹芯板各组成部分的能量耗散机制。研究结果表明,增加面板厚度、芯层厚度或芯层密度均能有效提高夹芯板的抗侵彻能力;泡沫铝夹芯板抵抗锥形弹侵彻的能力最弱;在研究范围内面板吸收了绝大多数冲击能。研究结果对泡沫金属夹芯结构的工程应用有一定的参考价值。     

车辆底部防护蜂窝夹层结构抗冲击性能分析

为满足车辆底部爆炸冲击防护需求,仿真分析爆炸冲击作用下单层纵向、横向布置蜂窝夹层结构与1.5层、双层横向布置蜂窝夹层结构的防护性能,对比分析不同蜂窝结构的压缩变形、吸能、车身地板加速度和假人小腿垂直方向受力,并对双层横向布置蜂窝夹层结构进行试验验证.分析结果表明:横向布置蜂窝夹层结构吸能性能较好,纵向布置蜂窝夹层结构刚度和强度较好,双层蜂窝夹层结构抗冲击性能较好.      

不同加强筋结构平板在爆炸载荷作用下的动态响应仿真

 针对爆炸载荷作用下外层结构防护能力加强问题,对四边固定的具有不同加强筋类型的平板在爆炸冲击载荷作用下的动态响应问题进行了数值仿真研究。利用ABAQUS软件建立了4种平板的有限元模型,仿真计算了平板在爆炸载荷作用下的响应,比较分析了平板的能量分布、平板中心点处的最大挠度值及应力分布等特性。结果表明,单纯地在平板背面添加加强筋数量对于抗爆性能的提高意义不大;所设计的4类平板中,由加强筋耦合成三角形的平板抗爆性能最佳。     

铺装层对钢箱梁结构抗爆性能影响试验研究

为了研究混凝土铺装层对钢箱梁结构抗爆性能的影响,在一定的药量和爆炸距离下,对配置钢丝网的钢箱梁混凝土铺装层进行了爆炸试验。实验表明,配置钢丝网的混凝土铺装层可以减少钢箱梁顶板在爆炸荷载作用下塑性破坏的程度(最大可降低50%以上);增设Kevlar布的钢丝网混凝土铺装层抗爆能力比单纯的钢丝网混凝土铺装层效果更好(最大可降低63%以上);钢丝网层数设置越多,混凝土铺装层破坏核心区直径越小;增设Kevlar布,在一定厚度下,可以减小混凝土铺装层破坏核心区直径;随着Kevlar布厚度增加,混凝土铺装层反而破坏严重,需要对Kevlar布的厚度和施工方法进行优化设计。     

抗爆门冲击动力响应的数值模拟研究

对应用于石化、核电、军事等行业的抗爆门开展动力学响应数值模拟研究.以DBD-AD150*240型抗爆门作为研究对象,进行爆炸冲击波作用下的动力学相应分析.研究在不同抗爆等级条件下,抗爆门的应力、应变能否满足抗爆要求,明确抗爆门的抗爆等级.结合三明治复合管结构的冲击吸能方式,对抗爆门抗爆能力进行改善.通过数值模拟研究,明确了所研究抗爆门的抗爆等级.确认在抗爆门上采用三明治复合管结构的情况下,抗爆门的抗爆能力可以得到明显增强.     

人防工程平时出入口临战快速封堵方法

为了解决已建人防工程实施临战快速封堵问题,采用新型轻骨料混凝土复合梁构筑隔墙进行抗爆封堵,采用简易防护密闭门进行防毒密闭.通过材料试验,结构静、动力模型试验和口部密闭性能试验验证了其可靠性.与过去采用钢筋混凝土预制梁封堵口部的方法相比,本方法抗力更高,密闭性能更加可靠,转换周期更短,封堵构件更轻,具有很高的工程应用价值...     

填充聚氨酯泡沫蜂窝纸板缓冲性能试验

为了研究复合缓冲材料的缓冲防震性能,将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行落锤冲击试验和静态压缩试验。通过试验数据和应力-应变曲线,分析了该复合材料在静态和低速冲击条件下表现的力学行为,进而对其静、动态缓冲吸能性能进行对比研究。结果表明:蜂窝纸板材料的静态、动态吸能量均随孔径的增大而增大,动态吸能量增大的幅值更明显;复合材料的吸能量随蜂窝纸板孔径增大而增大,随纸板厚度增大而减小;复合后的材料较蜂窝纸板材料静、动态缓冲性能和吸能量都有了较大的提高。     

类方形蜂窝夹芯结构力学性能研究

为了证明类方形蜂窝结构与六边形蜂窝结构之间的关系,将类方形蜂窝夹芯结构分解为特有的T字形胞元,应用Euler梁原理和能量法分别推导了T字形胞元模型的等效弹性常数公式。同时,在用经典方法推导的六边形蜂窝夹芯的等效弹性常数公式中,代入了类方形蜂窝结构的特征参数,得到了与前述2种方法相同的结果,证明了类方形蜂窝是六边形蜂窝的演变体,指出了这2个经典蜂窝公式存在的局限性和应用范围,由类方形蜂窝的结构特征,发现经典蜂窝理论公式在特征角等于零或零附近的值是奇异和不准确的。研究结果对蜂窝结构力学性能相关理论的后续研究和完善有着重要的参考价值。