發(fā)布時間：2020-09-30 21:07

　　 在過去的數(shù)年間,恐怖襲擊給社會公共安全帶來了越來越大的威脅,同時隨著全球工業(yè)化的不斷發(fā)展,由工業(yè)、交通等造成的爆炸沖擊事件也屢見不鮮。如何更有效的降低爆炸沖擊給建筑、車輛、人員帶來的傷害,成為各個國家、機(jī)構(gòu)面臨的共同挑戰(zhàn)。為此,科研人員開始致力于研究用于防護(hù)有害沖擊的防護(hù)結(jié)構(gòu)。作為一種能夠通過塑性變形吸收大量能量的防護(hù)結(jié)構(gòu),夾芯板復(fù)合結(jié)構(gòu)由于同時具有表面材料和芯層材料的性質(zhì),克服了材料屬性單一的缺陷,被得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過近些年不斷的研究,常見夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的提升已經(jīng)達(dá)到瓶頸階段,為了進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,受到自然界中大部分的生物結(jié)構(gòu)都具有多級或梯度結(jié)構(gòu)的啟發(fā),本文將多級蜂窩和梯度泡沫作為研究重點(diǎn),將其作為夾芯板的芯層,并研究了這些夾芯板在沖擊載荷下的力學(xué)性能,主要做了以下工作:(1)根據(jù)正六角蜂窩結(jié)構(gòu),推導(dǎo)出多級蜂窩結(jié)構(gòu),并將其作為夾芯板芯層進(jìn)行研究,建立爆炸載荷工況下多級蜂窩夾芯板的有限元模型進(jìn)行計(jì)算,重點(diǎn)探究了多級蜂窩夾芯板中芯層結(jié)構(gòu)參數(shù)、芯層密度以及芯層高度對整個夾芯板動態(tài)性能的影響。數(shù)值模擬表明,在載荷較大的時候,多級蜂窩夾芯板、芯層密度較高的夾芯板的優(yōu)勢明顯。(2)利用實(shí)驗(yàn)的方法研究爆炸載荷下梯度泡沫夾芯板的動態(tài)響應(yīng)。主要研究了面板材料以及芯層梯度對夾芯板防沖擊性能的影響,實(shí)驗(yàn)表明,以鋼板為面板的夾芯板的抗爆性能最好,但是其質(zhì)量會比較大。芯層梯度為正梯度時,梯度越大,夾芯板的抗爆性能越好;正梯度芯層的夾芯板的抗沖擊性能要優(yōu)于負(fù)梯度芯層夾芯板。(3)利用子彈高速沖擊的加載方式對梯度泡沫芯層夾芯板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究以及有限元分析,結(jié)果表明,泡沫芯層夾芯板的防彈性能與面板材料有關(guān),面板材料為鋼面板的夾芯板抗爆性能最好;不同速度的子彈穿透同一個泡沫夾芯板后,由于泡沫材料具有沖擊增強(qiáng)效應(yīng),泡沫夾芯板吸收的能量是不同的;當(dāng)前后面板的總質(zhì)量一定時,前面板的厚度越大,夾芯板的抗爆性能越好;子彈以相同速度不同的角度入射夾芯板時,入射角度越大,子彈穿透夾芯板后的殘余速度越小;子彈的形狀對于夾芯板的防護(hù)效果也有很大的影響。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

著全球工業(yè)化的不斷發(fā)展，由工業(yè)、交通等造成的爆炸沖擊事件也屢見不鮮。如何更有效的降低爆炸沖擊給建筑、車輛、人員帶來的傷害，成為各個國家、機(jī)構(gòu)面臨的共同挑戰(zhàn)。為此，科研人員開始致力于研究用于防護(hù)爆炸產(chǎn)生的有害沖擊的防護(hù)結(jié)構(gòu)。作為一種能夠通過塑性變形吸收大量能量的防護(hù)結(jié)構(gòu)，夾芯板復(fù)合板具有表面材料和芯層材料的共同性質(zhì)，克服了材料屬性單一的缺陷，具有低密度、高比剛度、高比強(qiáng)度、優(yōu)異的能量吸收特性、高阻尼特性、電磁屏蔽特性、隔音以及隔熱性能[1-3]，成為科研人員設(shè)計(jì)防護(hù)結(jié)構(gòu)時經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)。夾芯板結(jié)構(gòu)是由面板以及芯層組成的，面板是由密實(shí)的實(shí)心面板制成，它可以有效提升夾芯板的抗壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)或彎曲等力學(xué)性能[4]。芯層通常是密度比較小、易壓縮、吸能效率高的多孔材料組成例如聚合物泡沫、蜂窩鋁、泡沫鋁、波紋板等，常見的夾芯板有泡沫鋁夾芯板、蜂窩鋁夾芯板、波紋板夾芯板等，如圖 1.1 所示。這些結(jié)構(gòu)具有低密度、高比剛度、高比強(qiáng)度、高吸能特性的特點(diǎn)，特別適合用于制作防護(hù)結(jié)構(gòu)，在汽車輕量化、軌道交通、船舶、航空航天等高端設(shè)備以及防護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

沖擊載荷下多孔金屬夾芯板動力響應(yīng)的研究角蜂窩代替每三個邊的交點(diǎn)所形成芯層進(jìn)行抗爆性能的研究。研究，近年來人們也開始對梯度結(jié)10]。梯度結(jié)構(gòu)是一種材料本身的密梯度泡沫鋁芯層夾芯板結(jié)構(gòu)。經(jīng)過性以及波耗散特性，在防護(hù)方面能芯層進(jìn)行告訴沖擊實(shí)驗(yàn)的研究。

圖 1.3 自相似多級蜂窩結(jié)構(gòu)多級蜂窩結(jié)構(gòu)擁有更復(fù)雜的蜂窩結(jié)構(gòu)，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)多級蜂窩具有更優(yōu)學(xué)性能[5]。以多級蜂窩結(jié)構(gòu)為芯層的多級蜂窩芯層夾芯板復(fù)合結(jié)構(gòu)具有同窩夾芯板相同的優(yōu)異性能，綜合性能更為突出，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 相對密度�。河捎趭A芯板復(fù)合結(jié)構(gòu)的芯層是由多級蜂窩制成的，其常輕，使得整個夾芯板復(fù)合結(jié)構(gòu)的相對密度非常低，重量非常輕。(2) 比強(qiáng)度高、比剛度大：從力學(xué)角度分析，夾芯板復(fù)合結(jié)構(gòu)和工字梁似，夾芯板的面板相當(dāng)于工字梁結(jié)構(gòu)的翼板，主要承受側(cè)向應(yīng)力；夾芯結(jié)于腹板，主要承受剪切應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)具有較大的截面慣性矩，使得整個強(qiáng)度和剛度都有顯著的提高。(3) 防噪、隔熱性能優(yōu)異：由于蜂窩結(jié)構(gòu)夾芯夾芯板芯層是多孔結(jié)構(gòu)，很多密閉的空間，使得產(chǎn)生對流或者輻射向外擴(kuò)散，只能通過芯層進(jìn)行熱傳制了熱量的散發(fā)，具有良好的隔熱性能[13]。(4) 抗沖擊性能優(yōu)異：研究表明，蜂窩芯層夾芯板復(fù)合結(jié)構(gòu)由于芯層壁

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 朱易;黃正祥;祖旭東;肖強(qiáng)強(qiáng);賈鑫;劉彥艷;;爆炸載荷下蜂窩夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)吸能特性研究[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào);2014年03期

2 項(xiàng)蘋;程和法;莫立娥;曹玲玲;;開孔泡沫鋁的電磁屏蔽性能[J];金屬功能材料;2008年01期

3 姜斌;劉懌歡;司永宏;;添加造孔劑法制備開孔泡沫鋁及其性能研究[J];金屬熱處理;2007年03期

4 盧天健;何德坪;陳常青;趙長穎;方岱寧;王曉林;;超輕多孔金屬材料的多功能特性及應(yīng)用[J];力學(xué)進(jìn)展;2006年04期

5 熊珍兵;羅會信;;基于HyperMesh的有限元前處理技術(shù)[J];排灌機(jī)械;2006年03期

6 姜斌,趙乃勤;泡沫鋁的制備方法及應(yīng)用進(jìn)展[J];金屬熱處理;2005年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李世強(qiáng);分層梯度多孔金屬夾芯結(jié)構(gòu)的沖擊力學(xué)行為[D];太原理工大學(xué);2015年

2 敬霖;強(qiáng)動載荷作用下泡沫金屬夾芯殼結(jié)構(gòu)的動力學(xué)行為及其失效機(jī)理研究[D];太原理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 張清南;鋁蜂窩夾芯三明治板彈道沖擊效應(yīng)研究[D];北京理工大學(xué);2014年

2 曾嵩;鋁合金四棱錐點(diǎn)陣夾芯材料的制備及其力學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2012年

3 石琳;鎂合金蜂窩板和鎂—鋁蜂窩板的制備與性能研究[D];大連交通大學(xué);2010年

4 呂艷鳳;開孔泡沫鋁若干物理性能的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號：2831398