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多层梯度点阵夹芯结构抗爆性能研究

应用力学学报 2018年第1期35卷 185-190页

作者：韩笑杨丽红于国财曲嘉吴林志哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院先进船舶材料与力学工信部重点实验室哈尔滨150001

基于CONWEP对多层梯度点阵夹芯板在爆炸载荷下的动态响应进行了模拟研究。在相同爆炸载荷下,对四种梯度点阵模型的后面板中心挠度峰值进行了对比分析,讨论了各模型每层芯子的总变形能随相对密度比的变化规律,并对多层点阵夹芯板各层的... 详细信息

基于CONWEP对多层梯度点阵夹芯板在爆炸载荷下的动态响应进行了模拟研究。在相同爆炸载荷下,对四种梯度点阵模型的后面板中心挠度峰值进行了对比分析,讨论了各模型每层芯子的总变形能随相对密度比的变化规律,并对多层点阵夹芯板各层的变形情况进行了比较。分析结果表明:对于三层金字塔点阵夹芯结构,强弱相间的点阵夹芯板充分利用了前两层芯子的变形吸能,从而对第三层芯子和后面板起到了很好的保护作用;且在350g TNT炸药和200mm爆距的爆炸载荷下,相对密度比为0.5的强弱相间点阵夹芯板的后面板中心挠度峰值最小,抗爆冲击性能最优。

关键词：梯度点阵夹芯多层夹芯结构抗爆性能数值仿真

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多层梯度点阵夹芯结构抗爆性能研究

多层梯度点阵夹芯结构抗爆性能研究

作者：韩笑哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

抗爆防护结构不仅在军事应用领域至关重要,在化学、石油以及核能工业中也占有重要的地位,目前大多数的抗爆防护结构多采用实体板结构。但是随着科学技术和现代工业的快速发展,寻找一种具有轻质、高强度和多功能一体化的材料已成为抗爆... 详细信息

抗爆防护结构不仅在军事应用领域至关重要,在化学、石油以及核能工业中也占有重要的地位,目前大多数的抗爆防护结构多采用实体板结构。但是随着科学技术和现代工业的快速发展,寻找一种具有轻质、高强度和多功能一体化的材料已成为抗爆防护结构的发展方向。从这种角度出发,集合了超轻质、高比强度和多功能特性的点阵夹芯结构成为了研究热点。现有实验研究发现,在爆炸载荷下点阵夹芯结构不仅拥有面板延展、芯子杆件压缩失效和剪切失效等多种能量吸收机制,且其开放性的拓扑构型为芯子杆件发生较大的塑性变形提供了足够的空间,这说明点阵夹芯结构在抗爆防护方面具有很大的优势。与单层点阵夹芯结构相比,多层点阵夹芯结构具有更好的抗爆防护效果,但是非梯度的多层点阵夹芯结构在承受爆炸载荷时,各夹芯层的变形程度差别很大,这一点大大限制了点阵夹芯结构的抗爆性能,为此本文设计并研究了多层梯度点阵夹芯结构在爆炸载荷下的动态力学响应。本文利用ABAQUS有限元分析软件,采用CONWEP爆炸加载方式对多层梯度点阵夹芯结构的动态力学性能进行了数值模拟。首先通过调整点阵芯子杆件横截面边长设计了四种三层梯度点阵夹芯结构模型,分别为强弱相间模型、弱强相间模型、渐弱模型及渐强模型,分析了金字塔和沙漏两种拓扑构型的梯度点阵夹芯结构在爆炸载荷下的后面板中心挠度峰值、芯子变形能和各层芯子的变形。研究发现,对于多层梯度金字塔点阵夹芯结构,强弱相间模型和渐强模型的抗爆冲击性能明显好于非梯度模型。强弱相间模型中相对密度比为50%的构型充分利用了前两层芯子的变形吸能,从而对第三层芯子和后面板起到了很好的保护效果,故此种梯度模型的抗爆冲击性能最好。多层梯度沙漏点阵夹芯结构表现出与金字塔点阵结构比较相似的规律,强弱相间模型和渐强模型的抗爆冲击性能明显好于其他模型,强弱相间模型中和渐强模型中相对密度比为50%的构型充分利用了前两层芯子的变形吸能,从而对第三层芯子和后面板起到了很好的保护效果。对比金字塔点阵结构和沙漏点阵结构,在相同爆炸载荷下,沙漏点阵结构的抗爆性能优于金字塔点阵结构。对于不同爆炸载荷作用情况,由分析结果可以看出,炸药量越大,结构动态响应对芯子相对密度比越敏感。

关键词：梯度点阵夹芯多层夹芯结构抗爆性能数值仿真

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金属正交波纹夹芯结构的动态压缩响应

爆炸与冲击 2020年第1期40卷 51-62页

作者：朱源张建勋秦庆华西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室

通过理论和数值方法,对冲击载荷下金属正交波纹夹芯结构的动态压缩响应进行了研究。考虑材料应变率影响,建立了金属正交波纹夹芯结构动态响应的理论模型,同时对它的动态压缩响应进行了有限元模拟。结果表明,考虑材料应变率影响的理论模... 详细信息

通过理论和数值方法,对冲击载荷下金属正交波纹夹芯结构的动态压缩响应进行了研究。考虑材料应变率影响,建立了金属正交波纹夹芯结构动态响应的理论模型,同时对它的动态压缩响应进行了有限元模拟。结果表明,考虑材料应变率影响的理论模型的预测结果与有限元模拟结果吻合较好。进一步对多层正交波纹夹芯结构的动态压缩响应进行了数值模拟,获得了不同速度冲击下的变形模式,分析了层数对其动态响应的影响。研究发现,通过增加层数能够有效地增强结构的缓冲吸能能力,但层数超过4层以后增强效果不明显。

关键词：正交波纹结构多层夹芯结构动态压缩应变率效应缓冲吸能

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多层金字塔点阵夹芯板抗爆性能分析与优化

多层金字塔点阵夹芯板抗爆性能分析与优化

作者：郝鹏程大连理工大学

学位级别：硕士

得益于其轻质、高比强度、高比刚度以及可设计性等优势,金字塔点阵材料夹芯板在现代军事防护领域极具应用潜力。在战场上的夹芯板通常附加于汽车乘员舱底部,可以保护车内乘员不受爆炸性武器伤害。与单层点阵夹芯板相比,多层点阵夹芯板... 详细信息

得益于其轻质、高比强度、高比刚度以及可设计性等优势,金字塔点阵材料夹芯板在现代军事防护领域极具应用潜力。在战场上的夹芯板通常附加于汽车乘员舱底部,可以保护车内乘员不受爆炸性武器伤害。与单层点阵夹芯板相比,多层点阵夹芯板具有更好的抗爆防护效果,但多层梯度夹芯板在承受爆炸冲击时,各层芯体之间变形差别很大。基于此研究背景,本文采用动力显式有限元仿真技术,研究了不同结构形式的梯度与非梯度两类多层金字塔点阵夹芯板,及其在爆炸载荷冲击下的动态响应,分析了关键几何参数对两类夹芯结构抗爆性能的影响,在此基础上对上述两类结构进行了关于抗爆性能的多目标优化。本文采用Hypermesh有限元分析软件,以梁单元代替实体单元建立简化的芯体等效模型,进而搭建非梯度多层金字塔点阵夹芯板的有限元模型。并通过与文献实验结果对比验证其准确性。在此基础上,分析了上述有限元模型在爆炸载荷冲击下的变形和吸能。仿真结果显示因各层芯体变形有较大差异,非梯度基准金字塔点阵结构的吸能特性受到限制,需要分析造成梯度与非梯度夹芯板间变形和吸能差异的参数。文中以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,分析了关键几何参数对梯度与非梯度多层金字塔点阵夹芯结构抗爆性能的影响。其中,梯度点阵结构的参数包括各层面板厚度、各层芯体高度以及各层芯体腹杆横截面尺寸;非梯度点阵结构的参数则包括面板厚度和单胞相对密度。为提高夹芯板的抗爆性能,以结构面比吸能和背板中心最大变形量为优化目标,以对多层夹芯板性能影响较大的多个几何参数为变量,采用RBF响应面代理模型和NSGA-II遗传算法,分别对梯度和非梯度多层金字塔点阵夹芯板进行优化,得到了各自最优非支配解集的Pareto前沿。进一步地,考虑爆炸到载荷不确定性,对结构进行了可靠性优化设计。比较不同爆炸当量下的两类多层夹芯板的优化结果发现,单一爆炸载荷下夹芯板的两个抗爆性能指标MaxD和ASEA是互相矛盾的;随着爆炸当量的增加,ASEA和MaxD取值也会同时增大;单一爆炸工况下的理想最优解可靠性差,引入载荷不确定性使得可靠性设计结果为了满足抗爆性能可靠性而选择了折衷;当背板中心最大瞬时位移较小时,梯度夹芯板具有更大吸能优势;反之,非梯度夹芯板更具潜力。

关键词：多层夹芯结构梯度金字塔点阵抗爆性能响应面优化设计

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一种质轻、高强度复合材料阻尼仪表板的设计

四川兵工学报 2015年第2期36卷 21-24页

作者：郝文锐梁森韦利明梁天锡中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900 青岛理工大学机械学院山东青岛266033

针对工程应用需要,研究设计一种质轻、高强度复合材料大阻尼的仪表板,提出使用共固化工艺制作新型嵌入阻尼的复合材料与PMI泡沫组合的多层夹芯结构,该结构能保持了复合材料优异的力学性能,又能达到减振、质轻的效果,并根据选用复合材料... 详细信息

针对工程应用需要,研究设计一种质轻、高强度复合材料大阻尼的仪表板,提出使用共固化工艺制作新型嵌入阻尼的复合材料与PMI泡沫组合的多层夹芯结构,该结构能保持了复合材料优异的力学性能,又能达到减振、质轻的效果,并根据选用复合材料和铺层的不同提出了两种设计方案;通过有限元模型的计算分析初步表明:所提出方案能达到设计要求,结论可以为精密、高速、动载复合材料构件的设计提供参考。

关键词：复合材料共固化工艺阻尼薄膜 PMI泡沫多层夹芯结构

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某共固化阻尼复合材料仪表板动态性能研究

某共固化阻尼复合材料仪表板动态性能研究