TSP折叠芯结构抗冲击性能研究

作     者：方锐 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝洪

授予年度：2021年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：折叠芯 局部冲击 三明治结构 覆层结构 抗冲击性能 防护性能 

摘      要：本文主要针对TSP(Truncated Pyramid Square)折叠芯作为芯层的三明治结构和覆层结构在局部冲击载荷作用下的抗冲击性能和防护性能进行了研究。首先通过准静态压溃实验,比较不同TSP折叠芯单元边界的固定方式,在不影响构件压溃行为的前提下,确定了经济、加工方便且符合实际工程应用的边界来固定TSP折叠芯结构。通过有限元分析软件LS-DYNA建立准静态面外加载条件下的TSP折叠芯单元数值模型,并通过对比准静态压溃实验结果,对有限元模型进行了验证。将验证好的数值模型用于研究动态压溃条件下TSP折叠芯单元的动态响应和失效机理。研究发现,在1m/s-20m/s的速度范围内,TSP折叠芯单元的能量吸收性能和平均应力表现出对加载速率不敏感的特性。作为三明治结构时,在不同速度的冲击情况下,与相同质量和相同芯层高度的泡沫铝结构相比,TSP折叠芯结构有着更小的背板最大位移和残余位移,抵抗变形能力更强。作为覆层结构时,在20m/s冲击速度作用时TSP折叠芯覆层结构比相同质量和相同芯层高度泡沫铝结构的背板峰值传递力更小。最后,本文分析了不同弹头参数与冲击位置等冲击作用下,TSP折叠芯三明治结构以及TSP覆层结构的动力学响应与相对应的防护性能和能量吸收。研究发现,对于TSP折叠芯三明治结构,随着冲击速度增加,结构背板中心的最大位移和残余位移随之增加。且在25m/s-35m/s冲击速度范围内,由于半球状弹头与结构接触面积更小,荷载更集中,结构背板产生的变形比平头状弹头作用时更大。对于TSP折叠芯覆层结构,由于平头状弹头冲击作用时接触面积比半球状弹头大,其作用在结构时产生的接触刚度更大,接触持续时间更短。不同位置力传感的传递力与覆层结构芯层的压实程度和冲击位置到传感器的距离有关。TSP折叠芯覆层结构芯层的压实程度越大,冲击位置到传感器的距离越近,传递力越大。