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爆炸冲击波作用下聚氨酯-半球夹芯结构的动态响应

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兵工学报 2023年第12期44卷 3580-3589页

作者：潘腾卞晓兵袁名正王亮亮黄元黄广炎张宏北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工艾尔安全科技有限公司北京100081 北京理工大学重庆创新中心现代兵器技术实验室重庆401120

提高防爆装备的抗爆性能已经成为热门的研究课题,目前的防爆装备主要采用金属制成,一般重量大,采用点阵夹芯结构可以实现轻量化。点阵夹芯结构具有良好的能量吸收效率和在高应变率下的优异力学性能,但以往的防爆研究未考虑过不易变形的... 详细信息

提高防爆装备的抗爆性能已经成为热门的研究课题,目前的防爆装备主要采用金属制成,一般重量大,采用点阵夹芯结构可以实现轻量化。点阵夹芯结构具有良好的能量吸收效率和在高应变率下的优异力学性能,但以往的防爆研究未考虑过不易变形的半球型点阵,复合了聚氨酯泡沫的抗爆夹芯结构研究更为少见。鉴于此,结合聚氨酯泡沫缓冲吸能以及半球结构的拱形抗变形能力提出一种新型的聚氨酯-半球夹芯结构,并且采用实验和数值模拟相结合的方法对聚氨酯-半球夹芯结构在爆炸冲击波载荷下的动态响应进行研究。研究结果表明,在500 g TNT当量0.65 m爆炸冲击下,相近面密度的聚氨酯-半球夹芯结构中心点位移最小,相较于铝板和纯半球夹芯板分别减小了30%和35%,纯半球夹芯板虽然吸能最多但是变形最大,聚氨酯-半球夹芯结构和铝板的吸能分别为纯半球夹芯板的85%和63%,相较于铝板,聚氨酯-半球夹芯结构在保证能量吸收效率的同时能有效减少靶板速度和应力集中。

关键词：聚氨酯夹芯结构爆炸冲击波半球结构数值模拟

3D打印点阵夹芯结构冲击损伤的近场动力学模拟

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 144-158页

作者：陈洋王肇喜翟师慧盛鹏王者蓝朱明亮上海航天精密机械研究所上海201600 华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

为了有效模拟3D打印点阵材料夹芯结构在弹丸冲击下的损伤破坏行为,在近场动力学微极模型中引入塑性键,构建了适用于点阵材料夹芯结构的模型和建模方法,在验证模型准确性的基础上,模拟分析了低速和高速弹丸冲击下点阵材料夹芯结构的损伤... 详细信息

为了有效模拟3D打印点阵材料夹芯结构在弹丸冲击下的损伤破坏行为,在近场动力学微极模型中引入塑性键,构建了适用于点阵材料夹芯结构的模型和建模方法,在验证模型准确性的基础上,模拟分析了低速和高速弹丸冲击下点阵材料夹芯结构的损伤模式与破坏机理。结果表明:低速冲击下3D打印点阵夹芯结构的破坏模式以局部塑性变形为主;高速冲击下,破坏模式表现为溃裂、孔洞贯穿和碎片喷射,并伴随着大范围的塑性变形。低速冲击下塑性变形范围随冲击速度升高而增大,而高速冲击下则相反。高速冲击下,点阵夹芯结构的贯穿过程分为面板接触、局部屈服、芯材压溃、穿透4个阶段,弹丸经历了急-缓-急3段减速过程,并对应2个加速度高峰,第2个加速度峰值低于第1个加速度峰值的50%;低速冲击过程中,弹丸仅有1次减速过程,加速度峰值随冲击速度的升高而增大,最终弹丸反弹。

关键词：点阵材料夹芯结构近场动力学弹丸冲击损伤破坏

X型点阵夹芯结构受局部冲击时动态力学性能试验与数值模拟

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3641-3651页

作者：程树良吴灵杰孙帅杨硕辛亚军燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室秦皇岛066004 燕山大学河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室秦皇岛066004

利用落锤冲击试验研究了X型点阵夹芯结构局部冲击动态特性,并分析了不同参数对其冲击性能的影响。结果表明,冲击失效过程大致经历整体受力、上面板破坏、下面板受力强化和下面板破坏四个典型阶段,冲击速度和面板厚度对X型点阵夹芯结构... 详细信息

利用落锤冲击试验研究了X型点阵夹芯结构局部冲击动态特性,并分析了不同参数对其冲击性能的影响。结果表明,冲击失效过程大致经历整体受力、上面板破坏、下面板受力强化和下面板破坏四个典型阶段,冲击速度和面板厚度对X型点阵夹芯结构的冲击极限荷载和吸能量影响较大,芯子厚度对X型点阵夹芯结构的冲击极限荷载和吸能量影响较小,而芯子角度对X型点阵夹芯结构的冲击极限荷载和吸能量有一定影响。利用有限元对X型点阵夹芯结构的局部冲击动态行为进行了数值模拟,通过破坏形态和荷载-时间曲线的对比分析验证了有限元模型的可靠性。

关键词： X点阵结构夹芯结构局部冲击动态性能数值模拟

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

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爆炸与冲击 2022年第12期42卷 20-34页

作者：胡朝磊孙海亮王志鹏包兆鹏崔天宁秦庆华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

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... 详细信息

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。

关键词：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

面外压缩载荷下多层夹芯板的理论分析与数值研究

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应用力学学报 2023年第5期40卷 1164-1170页

作者：程曦刘志芳李世强太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所太原030024

采用理论分析与数值模拟相结合的方法对多层梯度夹芯板在面外压缩载荷作用下的变形规律与能量吸收性能进行了研究。基于超折叠单元理论,建立了单层、双层及三层梯形夹芯板平均压缩力(MCF)的理论分析模型。在此基础上,建立了多层梯形夹... 详细信息

采用理论分析与数值模拟相结合的方法对多层梯度夹芯板在面外压缩载荷作用下的变形规律与能量吸收性能进行了研究。基于超折叠单元理论,建立了单层、双层及三层梯形夹芯板平均压缩力(MCF)的理论分析模型。在此基础上,建立了多层梯形夹芯板的有限元模型,研究了面板厚度、芯层厚度及芯层底角对三层梯形夹芯板力学性能的影响。研究结果表明:理论预测与数值模拟结果吻合较好;三层梯形夹芯板中面板厚度对结构比吸能(SEA)的影响较小,芯层的厚度和底角影响较大。面板厚度由0.5 mm增加为1.0 mm,比吸能从10.93 J/g增加为10.98 J/g,而面板厚度变为1.5 mm时,比吸能减小为7.54 J/g。随着芯层厚度和底角的增加结构的比吸能增加,当芯层厚度由0.5 mm增加到1.5 mm时,比吸能变为原来的4.69倍;芯层底角为63°时结构的比吸能是底角为30°的4.29倍。

关键词：夹芯结构理论预测数值模拟准静态压缩

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气凝胶夹芯结构冲击吸能实验研究

兵工学报 2023年第3期44卷 682-690页

作者：李泽昊徐文龙王成贾时雨穴胜鹏马东山东大学高等技术研究院山东济南250061 山东大学能源与动力工程学院山东济南250061 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

针对装甲车、舰船等武器装备冲击碰撞防护需求,提出一种气凝胶夹芯冲击吸能结构,采用一级轻气炮系统,结合力传感器、高速摄像及数字图像相关技术,研究10.4m/s、15.4m/s、19.0m/s共3种较高冲击速度下7种气凝胶夹芯结构冲击吸能特性。研... 详细信息

针对装甲车、舰船等武器装备冲击碰撞防护需求,提出一种气凝胶夹芯冲击吸能结构,采用一级轻气炮系统,结合力传感器、高速摄像及数字图像相关技术,研究10.4m/s、15.4m/s、19.0m/s共3种较高冲击速度下7种气凝胶夹芯结构冲击吸能特性。研究结果表明:随着冲击速度的增加,7种气凝胶夹芯结构的峰值碰撞力、压垮距离、比吸能、平均碰撞力均逐渐增大;相同冲击速度下,随着气凝胶层厚度的增加,气凝胶夹芯结构的比吸能逐渐增大,峰值碰撞力呈下降趋势,碰撞力效率总体变化较小;在研究范围内,较大的气凝胶层厚度有利于结构冲击吸能特性的提高,同时避免过大峰值碰撞力对防护人员或装备的损伤。

关键词：冲击吸能夹芯结构气凝胶比吸能

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水下接触爆炸下夹芯式防雷舱抗爆效能研究

船舶力学 2023年第10期27卷 1550-1561页

作者：侯海量王克柴崧淋李典赵杰海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

为进一步提高防雷舱的水下防护能力,将夹芯结构应用于防雷舱。采用有限元数值模拟方法,从防雷舱主要舱壁板典型时刻载荷承载特性及各部分结构吸能特性两方面对夹芯式防雷舱在水下接触爆炸载荷下的防护效能与机理展开研究。研究结果表明... 详细信息

为进一步提高防雷舱的水下防护能力,将夹芯结构应用于防雷舱。采用有限元数值模拟方法,从防雷舱主要舱壁板典型时刻载荷承载特性及各部分结构吸能特性两方面对夹芯式防雷舱在水下接触爆炸载荷下的防护效能与机理展开研究。研究结果表明:相比于柔性大变形式防雷舱中的平台结构,夹芯式防雷舱中的芯材结构对其前舱壁的支撑作用、对所传递载荷的缓冲能力及吸能效果都有明显的增强,可有效提高防雷舱的防护能力;泡沫铝置于弧形板间并不能充分发挥泡沫铝材料的变形吸能特性,弧形板置于液舱中将导致液舱水中的能量汇聚。

关键词：水下接触爆炸防雷舱夹芯结构毁伤特性防护效能

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热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展

复合材料学报 2022年第7期39卷 3044-3058页

作者：杜冰刘后常潘鑫秦唯铭陈立明重庆大学航空航天学院非均质材料力学重庆市重点实验室重庆400030 重庆科技学院冶金与材料工程学院纳微复合材料与器件重庆市重点实验室重庆401331

面芯界面性能是复合材料夹芯结构发挥其力学/多功能优势的关键,热塑性树脂具有可熔融再造的特点,使热塑性复合材料夹芯结构(TPCSS)可在不引入新材料的前提下,形成连续可靠的面芯界面。对近年来热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展... 详细信息

面芯界面性能是复合材料夹芯结构发挥其力学/多功能优势的关键,热塑性树脂具有可熔融再造的特点,使热塑性复合材料夹芯结构(TPCSS)可在不引入新材料的前提下,形成连续可靠的面芯界面。对近年来热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展进行了梳理,总结了常见构型与所用材料,重点归纳了主要的熔融连接方法,包括热板焊接、模压成型、连续热压、面芯共编和增材制造等。基于国内外研究和应用现状,展望了熔融连接热塑性复合材料夹芯结构的未来发展趋势和应用前景。

关键词：热塑性复合材料夹芯结构熔融连接面芯界面力学性能

弹性阻尼金属螺旋丝网夹芯结构连接工艺及力学特性

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复合材料学报 2022年第3期39卷 1308-1321页

作者：王珊珊魏雨函薛新吴章斌白鸿柏福州大学金属橡胶工程研究中心机械工程及自动化学院福州350116

针对弹性阻尼螺旋金属丝网夹芯结构界面连接性能不明确的问题,分别采用真空钎焊和胶结两种典型连接工艺,进行了面内压缩和拉伸剪切力学性能试验,结合SEM和EDS等材料微观表征方法,展开夹芯结构界面结合的物理机制和力学特性的研究。研究... 详细信息

针对弹性阻尼螺旋金属丝网夹芯结构界面连接性能不明确的问题,分别采用真空钎焊和胶结两种典型连接工艺,进行了面内压缩和拉伸剪切力学性能试验,结合SEM和EDS等材料微观表征方法,展开夹芯结构界面结合的物理机制和力学特性的研究。研究结果表明:钎焊连接界面相对胶结更均匀连续,钎料中Ni、Si元素与芯材、面板中的Fe、Cr元素扩散现象明显,形成良好的冶金结合。在压缩载荷作用下,钎焊夹芯板和胶结夹芯板的损耗因子最高分别达到了0.194和0.128,两种方式制备的夹芯板都具有较大的能量耗散能力。钎焊和胶结夹芯板的拉伸剪切载荷峰值分别达到了2589 N和1302 N,前者峰值载荷随芯材密度的增加而增加,而后者却与之相反;两种工艺在拉伸剪切过程中的失效破坏形式明显不同,胶结表现为面板与芯材的脱粘失效,钎焊主要发生芯材金属丝网的裂纹扩展和断裂失效,未发生面/芯分离。本研究对金属多孔夹芯结构的连接和力学性能分析具有一定的理论和应用指导意义。

关键词：夹芯结构金属橡胶面内压缩剪切拉伸冶金结合失效机制