多层梯度点阵夹芯结构抗爆性能研究

发布时间：2020-10-20 09:58

　　 抗爆防护结构不仅在军事应用领域至关重要,在化学、石油以及核能工业中也占有重要的地位,目前大多数的抗爆防护结构多采用实体板结构。但是随着科学技术和现代工业的快速发展,寻找一种具有轻质、高强度和多功能一体化的材料已成为抗爆防护结构的发展方向。从这种角度出发,集合了超轻质、高比强度和多功能特性的点阵夹芯结构成为了研究热点。现有实验研究发现,在爆炸载荷下点阵夹芯结构不仅拥有面板延展、芯子杆件压缩失效和剪切失效等多种能量吸收机制,且其开放性的拓扑构型为芯子杆件发生较大的塑性变形提供了足够的空间,这说明点阵夹芯结构在抗爆防护方面具有很大的优势。与单层点阵夹芯结构相比,多层点阵夹芯结构具有更好的抗爆防护效果,但是非梯度的多层点阵夹芯结构在承受爆炸载荷时,各夹芯层的变形程度差别很大,这一点大大限制了点阵夹芯结构的抗爆性能,为此本文设计并研究了多层梯度点阵夹芯结构在爆炸载荷下的动态力学响应。本文利用ABAQUS有限元分析软件,采用CONWEP爆炸加载方式对多层梯度点阵夹芯结构的动态力学性能进行了数值模拟。首先通过调整点阵芯子杆件横截面边长设计了四种三层梯度点阵夹芯结构模型,分别为强弱相间模型、弱强相间模型、渐弱模型及渐强模型,分析了金字塔和沙漏两种拓扑构型的梯度点阵夹芯结构在爆炸载荷下的后面板中心挠度峰值、芯子变形能和各层芯子的变形。研究发现,对于多层梯度金字塔点阵夹芯结构,强弱相间模型和渐强模型的抗爆冲击性能明显好于非梯度模型。强弱相间模型中相对密度比为50%的构型充分利用了前两层芯子的变形吸能,从而对第三层芯子和后面板起到了很好的保护效果,故此种梯度模型的抗爆冲击性能最好。多层梯度沙漏点阵夹芯结构表现出与金字塔点阵结构比较相似的规律,强弱相间模型和渐强模型的抗爆冲击性能明显好于其他模型,强弱相间模型中和渐强模型中相对密度比为50%的构型充分利用了前两层芯子的变形吸能,从而对第三层芯子和后面板起到了很好的保护效果。对比金字塔点阵结构和沙漏点阵结构,在相同爆炸载荷下,沙漏点阵结构的抗爆性能优于金字塔点阵结构。对于不同爆炸载荷作用情况,由分析结果可以看出,炸药量越大,结构动态响应对芯子相对密度比越敏感。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.4
【部分图文】：

第 1 章 绪论第 1 章 绪论义主义和宗教极端主义一直是威胁国际秩序和地区取的军事行动中，军事战车常常会遭受地雷、炸弹示意图。这些爆炸武器对战车及战车内的士兵会造发展，更多先进的爆炸装置也被应用到反装甲技抗爆防护提出了更高的要求，与此同时，自第二逐渐成为军事行动能否取胜的一个重要因素，在护性能好，同时又能满足军事战车机动性的超轻材点[1]。

渐成为军事行动能否取胜的一个重要因素，性能好，同时又能满足军事战车机动性的超[1]。图 1.1 战场上的装甲车上下面板及低密度芯层组合在一起的轻质结质及可设计性强等特性，这种特性使得夹芯夹芯结构主要包括泡沫夹芯结构[2-4]、波纹板结构，其中，泡沫、蜂窝及波纹夹芯结构、航天、船舶及汽车等多个领域。

哈尔滨工程大学硕士学位论文与其他夹芯结构相比，点阵夹芯结构还无法在工业上实现大批量生产，这主要是由于点阵芯子的拓扑构型相对复杂，造成制备成本较高，但是点阵夹芯结构拥有开放性的拓扑构型，这种特性使得点阵夹芯结构具有广泛的多功能性，在散热、吸能、振动控制等领域具有很大的优势，而且点阵夹芯结构的芯子可设计性强，包括四面体、金字塔及Kagome 等芯子拓扑构型，图 1.3 为这些点阵夹芯结构示意图，这些优势使得点阵夹芯结构吸引了大批国内外学者的关注[11.14]。
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 李向荣;赵海龙;;装甲战车防护技术研究[J];四川兵工学报;2013年05期

2 ;Ultralight X-type lattice sandwich structure(I):Concept,fabrication and experimental characterization[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2009年08期

3 赵桂平;卢天健;;多孔金属夹层板在冲击载荷作用下的动态响应[J];力学学报;2008年02期

本文编号：2848539