高速冲击载荷下梯度金属泡沫夹芯梁的动态响应与失效

作     者：魏建辉 李旭 黄威 徐宏建 方搏鹏 WEI Jianhui;LI Xu;HUANG Wei;XU Hongjian;FANG Bopeng

作者机构：武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430061 华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430074 天津航海仪器研究所天津300131 

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

年 卷 期：2023年第43卷第5期

页      面：99-109页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

基　　金：国家自然科学基金(12272147 11802100)。 

主　　题：梯度夹芯结构 抗冲击性能 动态响应 失效模式 

摘      要：采用泡沫弹冲击加载实验对梯度金属泡沫夹芯梁结构开展了不同冲击强度下的动态响应和失效研究,分析了由三种不同密度泡沫铝组成的等面密度的五种不同梯度的夹芯结构在夹支边界条件下的抗高速冲击性能,结合三点弯曲实验,研究梯度效应对夹芯结构抗冲击性能的影响。研究表明:密度梯度对结构的失效过程和失效模式有着明显的影响,且夹芯梁结构的初始失效模式对结构整体响应和主要的能量吸收机制起着主导作用;当冲击条件不足以使得均质芯材发生压缩时,均质及负梯度夹芯结构初始失效模式为整体弯曲变形,低强度芯层位于前两层的梯度结构随着冲击强度的变化出现不同程度的局部芯层压缩;当冲击强度较低时,梯度结构通过丰富的局部失效表现出明显优于均质结构的抗冲击变形能力;当冲击强度大于临界值时,均质结构具有更好的抗冲击变形能力。通过合理地设计密度梯度实现逐层压缩吸能,能够有效的提升防护结构的抗冲击性能。