高速颗粒流冲击下负泊松比力学超材料夹芯梁的动态响应及缓冲吸能机理

作     者：胡朝磊 孙海亮 王志鹏 包兆鹏 崔天宁 秦庆华 HU Chaolei;SUN Hailiang;WANG Zhipeng;BAO Zhaopeng;CUI Tianning;QIN Qinghua

作者机构：西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049 西安交通大学航天航空学院极端环境与防护技术联合研究中心陕西西安710049 北京宇航系统工程研究所北京100076 

出 版 物：《爆炸与冲击》 (Explosion and Shock Waves)

年 卷 期：2022年第42卷第12期

页      面：20-34页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(11972281) 航空科学基金(201941070001) 爆炸科学与技术国家重点实验室(北京理工大学)开放课题(KFJJ22-07M)。 

主　　题：夹芯结构 力学超材料 负泊松比 高速颗粒流 离散元-有限元耦合方法 动态响应 缓冲吸能 

摘      要：建立了颗粒流子弹发射有限元模型,利用离散元和有限元的联合模拟方法,研究了高速颗粒流冲击负泊松比内凹蜂窝夹芯梁的动态响应及缓冲吸能机理。分析了加载冲量、冲击角、芯材强度以及颗粒流子弹与面板间的摩擦力等因素对夹芯梁动态响应的影响。研究结果表明:夹芯梁在正向颗粒流子弹冲击载荷作用下表现为局部凹陷和整体弯曲的耦合变形模式,面内设计芯材因胞壁弯曲呈现局部内凹的变形模式,面外设计芯材因胞壁屈曲呈现局部褶皱的变形模式。在等面密度的条件下,采用面外设计的硬芯夹芯梁面板的跨中最大挠度比采用面内设计的软芯夹芯梁小,但初始冲击力峰值和冲击力整体水平较高,冲击力响应时间较短。夹芯梁前后面板的跨中最大挠度与冲击载荷近似呈对数线性递增关系。与正向冲击相比,斜冲击下夹芯梁的变形模式具有非对称性,局部凹陷程度减小;在颗粒流子弹不同冲击角度作用下,夹芯梁前后面板的跨中最大挠度、初始冲击力峰值以及传递到夹芯梁的动能和动量占比随冲击角度的增大而减小,而颗粒流子弹与夹芯梁面板间的摩擦因数对夹芯梁的动态响应无显著影响。