内部爆炸载荷下梯度泡沫铝夹心柱壳抗爆性能仿真研究
发布时间：2021-11-10 14:17
泡沫铝材料因其独特的细观结构而具有良好的抗冲击性能,被广泛应用于航空航天、汽车、防爆容器等各种缓冲吸能场景。梯度泡沫铝材料的密度在材料内部不均匀分布,除具备均质泡沫铝的优良性能外,还可以通过对其密度梯度的设计优化其抗冲击性能。在防爆容器等应用场景中,圆柱形泡沫铝与两层金属柱壳构成的复合结构被称作泡沫铝夹心柱壳结构。传统的防爆容器质量较大、不利于快速移动,防爆容器的轻质化具有强烈的现实需求。本文以梯度泡沫铝夹心柱壳为研究对象,分析相对密度、元胞尺寸和密度梯度对其在内部爆炸载荷下抗爆性能的影响规律,并以外壳变形量和能量吸收作为评价指标。主要创新成果如下:首先建立了基于Voronoi技术的泡沫铝夹心柱壳的二维有限元模型,并进行了不同相对密度和爆炸载荷的爆炸试验,对比仿真结果与试验结果,验证了该模型的有效性。以外壳变形量和能量吸收为评价指标,分析相对密度和元胞特征尺寸对均质泡沫铝夹心柱壳抗爆性能的影响。结果表明,元胞特征尺寸对芯体能量吸收的影响可以忽略,但减小元胞特征尺寸可以明显降低内外壳体的变形量;而随着相对密度的增大,芯体总的能量吸收增大但单位质量的能量吸收近似呈线性降低,不利于降低防爆装...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
圆柱形防爆罐从上世纪60年代开始，国内外学术界就对防爆容器进行了大量研究，并得到很多有价值的研究成果
国防科技大学研究生院硕士学位论文。这些初步的研究主要集中在实心壳体的防爆容器上。着时代的发展，出现了对防爆容器的强烈需求，从而引起了学术界器壳体材料的研究。防爆容器可以根据壳体材料分为两大类：单一容器和复合材料壳体防爆容器。在相同尺寸的情况下，单一材料壳效果更好，但其质量往往较大，不便于携带和运输。复合材料壳体体一般由钢屑、树脂等材料加工而成[7]，质量略低于单一材料壳体防爆而言抗爆性能要逊色一些。近年来，对新型轻质防爆容器的需求日益对将泡沫材料作为芯体构成夹心结构的防爆容器进行了研究。沫材料是一种多孔轻质材料，其内部存在有大量孔洞使得泡沫材料但却拥有优异的比强度和能量吸收效率。单独的泡沫金属强度有限，应用时常将其组成夹心结构。泡沫夹心结构通常由金属面板和泡如图 1.2 所示。相比于传统的实心结构，具有更好的抗冲击性能和更广泛应用于各类抗冲击领域。例如，在汽车撞击缓冲领域[8]，已经大铝夹心结构，此外在噪音吸收、飞机防撞等方面也有大量应用。
图 1.3 典型的泡沫夹心柱壳1.2 国内外研究现状铝材料研究现状以铝或者铝合金为基体，在其中分布有大量孔洞种多孔材料，具备多种传统实心材料所不具有的高、比刚度大、能量吸收效率高等，是目前冲击内部胞孔的不同，泡沫铝材料可以分为闭孔泡沫之间互不连通，由胞壁隔开。而后者的胞孔是相整个结构。如图 1.4 所示。本文中所研究的泡沫铝沫铝如无特别说明，均指闭孔泡沫铝。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢板夹泡沫铝组合板抗接触爆炸性能研究[J]. 王曦浩,夏志成,孔新立,赵跃堂,龚自明. 振动与冲击. 2017(13)
[2]钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能研究[J]. 夏志成,王曦浩,赵跃堂,龚华栋,孔新立. 振动与冲击. 2017(02)
[3]梯度泡沫金属的冲击吸能特性[J]. 张健,赵桂平,卢天健. 工程力学. 2016(08)
[4]高冲击下泡沫铝填充结构压溃吸能研究[J]. 高猛,徐鹏. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[5]水中爆炸载荷下夹芯圆柱壳的结构优化[J]. 王家维,田晓耕. 固体力学学报. 2015(S1)
[6]轻质泡沫金属夹芯壳结构的抗爆炸冲击性能研究[J]. 敬霖,赵隆茂,王志华. 固体力学学报. 2015(S1)
[7]闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展[J]. 兰凤崇,曾繁波,周云郊,陈吉清. 机械工程学报. 2014(22)
[8]复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟[J]. 顾文彬,胡亚峰,徐浩铭,刘建青,董勤星,陈学平. 含能材料. 2014(03)
[9]泡沫铝柱壳对药柱水下爆炸压力场影响的数值研究[J]. 倪小军,马宏昊,沈兆武,李磊. 高压物理学报. 2014(02)
[10]真实爆炸容器壳体动力响应的强度分析[J]. 胡八一,柏劲松,张明,成伟. 应用力学学报. 2001(03)
博士论文
[1]强动载荷作用下多孔金属夹芯方板的动态力学行为研究[D]. 李鑫.太原理工大学 2013
本文编号：3487418
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
圆柱形防爆罐从上世纪60年代开始，国内外学术界就对防爆容器进行了大量研究，并得到很多有价值的研究成果
国防科技大学研究生院硕士学位论文。这些初步的研究主要集中在实心壳体的防爆容器上。着时代的发展，出现了对防爆容器的强烈需求，从而引起了学术界器壳体材料的研究。防爆容器可以根据壳体材料分为两大类：单一容器和复合材料壳体防爆容器。在相同尺寸的情况下，单一材料壳效果更好，但其质量往往较大，不便于携带和运输。复合材料壳体体一般由钢屑、树脂等材料加工而成[7]，质量略低于单一材料壳体防爆而言抗爆性能要逊色一些。近年来，对新型轻质防爆容器的需求日益对将泡沫材料作为芯体构成夹心结构的防爆容器进行了研究。沫材料是一种多孔轻质材料，其内部存在有大量孔洞使得泡沫材料但却拥有优异的比强度和能量吸收效率。单独的泡沫金属强度有限，应用时常将其组成夹心结构。泡沫夹心结构通常由金属面板和泡如图 1.2 所示。相比于传统的实心结构，具有更好的抗冲击性能和更广泛应用于各类抗冲击领域。例如，在汽车撞击缓冲领域[8]，已经大铝夹心结构，此外在噪音吸收、飞机防撞等方面也有大量应用。
图 1.3 典型的泡沫夹心柱壳1.2 国内外研究现状铝材料研究现状以铝或者铝合金为基体，在其中分布有大量孔洞种多孔材料，具备多种传统实心材料所不具有的高、比刚度大、能量吸收效率高等，是目前冲击内部胞孔的不同，泡沫铝材料可以分为闭孔泡沫之间互不连通，由胞壁隔开。而后者的胞孔是相整个结构。如图 1.4 所示。本文中所研究的泡沫铝沫铝如无特别说明，均指闭孔泡沫铝。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢板夹泡沫铝组合板抗接触爆炸性能研究[J]. 王曦浩,夏志成,孔新立,赵跃堂,龚自明. 振动与冲击. 2017(13)
[2]钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能研究[J]. 夏志成,王曦浩,赵跃堂,龚华栋,孔新立. 振动与冲击. 2017(02)
[3]梯度泡沫金属的冲击吸能特性[J]. 张健,赵桂平,卢天健. 工程力学. 2016(08)
[4]高冲击下泡沫铝填充结构压溃吸能研究[J]. 高猛,徐鹏. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[5]水中爆炸载荷下夹芯圆柱壳的结构优化[J]. 王家维,田晓耕. 固体力学学报. 2015(S1)
[6]轻质泡沫金属夹芯壳结构的抗爆炸冲击性能研究[J]. 敬霖,赵隆茂,王志华. 固体力学学报. 2015(S1)
[7]闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展[J]. 兰凤崇,曾繁波,周云郊,陈吉清. 机械工程学报. 2014(22)
[8]复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟[J]. 顾文彬,胡亚峰,徐浩铭,刘建青,董勤星,陈学平. 含能材料. 2014(03)
[9]泡沫铝柱壳对药柱水下爆炸压力场影响的数值研究[J]. 倪小军,马宏昊,沈兆武,李磊. 高压物理学报. 2014(02)
[10]真实爆炸容器壳体动力响应的强度分析[J]. 胡八一,柏劲松,张明,成伟. 应用力学学报. 2001(03)
博士论文
[1]强动载荷作用下多孔金属夹芯方板的动态力学行为研究[D]. 李鑫.太原理工大学 2013
本文编号：3487418
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