沖擊載荷作用下固支夾芯圓板的力學(xué)行為研究.pdf

1、多孔金屬集優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)特性于一身，一般情況下它兼具功能和結(jié)構(gòu)雙重作用，是一種多功能、多用途的復(fù)合工程材料。由于其壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線中包含一個(gè)很長(zhǎng)的應(yīng)力平臺(tái)，能夠承受較大的塑性變形。近年來(lái)，在包裝、國(guó)防軍事、交通運(yùn)輸、建筑等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各方面性能研究受到了極大的關(guān)注。
　　 本文采用泡沫鋁子彈撞擊加載的方式，系統(tǒng)地研究了固支夾芯圓板的變形、失效模式及能量吸收和變形機(jī)理。采用實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算兩種方法進(jìn)行分析。

2、主要取得以下結(jié)論:
　　 實(shí)驗(yàn)研究了夾芯圓板（波紋鋁、蜂窩鋁）子彈初始動(dòng)量、蜂窩孔格邊長(zhǎng)、蜂窩芯層高度等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)變形和失效模式以及抗沖擊性能的影響。結(jié)果表明:增加蜂窩孔格邊長(zhǎng)會(huì)減少單位面積參與承載的蜂窩壁板個(gè)數(shù)，后面板撓度增大從而其抗撞擊性能減弱。增加蜂窩芯層高度可以有效的減小其后面板撓度，但是會(huì)出現(xiàn)面板及芯層失效。因此合理選擇蜂窩芯層高度對(duì)蜂窩夾芯圓板的抗撞擊性能具有重要的意義。另外通過應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)的研究表明，在多孔金屬夾

3、芯圓板的動(dòng)力響應(yīng)過程中，會(huì)產(chǎn)生塑性鉸并且塑性鉸會(huì)從板中心向固支端移行。泡沫鋁子彈撞擊作用下，夾芯圓板前面板主要有三種變形和失效模式分別為:局部壓入失效、整體大變形和侵徹失效。由于波紋板的各向異性特點(diǎn)，本文中還觀察到在波紋夾芯圓板的前面板對(duì)稱線附近出現(xiàn)了局部的褶皺。蜂窩芯層出現(xiàn)了壓縮變形和剪切失效，其壓縮變形是一個(gè)漸進(jìn)模式，并且出現(xiàn)了全部折疊、部分折疊、未折疊三個(gè)區(qū)域;波紋芯層固支邊界處還出現(xiàn)了在對(duì)稱線附近局部壓縮和剪切;蜂窩夾芯圓板后面

4、板主要有三種失效模式，分別為:整體大變形、后面板輕微撕裂、花瓣形撕裂失效。波紋夾芯圓板后面板會(huì)在沿著波紋方向的對(duì)稱線附近發(fā)生褶皺。
　　 基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用有限元程序LS-DYNA3D970模擬了泡沫鋁子彈撞擊作用下波紋鋁、蜂窩鋁夾芯圓板的結(jié)構(gòu)響應(yīng)過程、能量吸收及變形機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，隨著泡沫鋁子彈撞擊速度的增加，夾芯圓板后面板的撓度增大;增加面板厚度、芯層厚度、芯層高度和減小蜂窩孔格邊長(zhǎng)可以有效地減小后面板撓度，提高夾芯圓板的抗沖

5、擊性能。夾芯板吸收的能量隨著沖擊載荷的增大而增大;隨面板厚度、隨芯層厚度的增加，夾芯板所吸收的能量減小。蜂窩夾芯圓板隨孔格邊長(zhǎng)的增加，夾芯板吸能量有所上升，但是由于芯層出現(xiàn)完全密實(shí)化，其吸能量先上升后不變。蜂窩鋁夾芯板的吸能量，隨蜂窩芯層高度的增加而減小，但芯層在整體能量耗散方面起到的作用越來(lái)越明顯。需要指出的是實(shí)驗(yàn)中觀察到芯層較高時(shí)容易出現(xiàn)面板及芯層失效，因此應(yīng)該合理地選擇芯層高度以達(dá)到更好的防護(hù)作用。泡沫鋁子彈對(duì)夾芯板進(jìn)行撞擊加載來(lái)