由金屬材料面板和多孔材料芯層組成的泡沫夾芯結(jié)構(gòu)具有高比強(qiáng)度、高比剛度的特點(diǎn),同時(shí)具有良好的吸能特性,目前被廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑、車(chē)輛和船舶等領(lǐng)域。傳統(tǒng)非梯度泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的芯層通常用均勻材質(zhì)制備,而通過(guò)對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)的芯層沿厚度方向的密度分布進(jìn)行設(shè)計(jì),可以得到新型的功能梯度夾芯結(jié)構(gòu)。目前,學(xué)術(shù)界已對(duì)非梯度和功能梯度夾芯結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)靜態(tài)、撞擊和中遠(yuǎn)場(chǎng)（空中和水下）爆炸載荷作用下的力學(xué)行為開(kāi)展了比較廣泛的研究,然而在空中近場(chǎng)爆炸載荷下的相關(guān)研究開(kāi)展并不多,特別是針對(duì)水下接觸爆炸載荷下的研究很少。因此,系統(tǒng)地開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、數(shù)值以及理論研究,弄清其失效機(jī)理具有非常重要的意義和價(jià)值。本文的主要研究工作包括:（1）以非梯度/梯度聚氯乙烯（PVC）泡沫矩形夾芯板為研究對(duì)象,對(duì)其在空中近場(chǎng)爆炸載荷作用下的失效機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。開(kāi)展了9個(gè)非梯度夾芯板實(shí)驗(yàn)和3個(gè)功能梯度夾芯板實(shí)驗(yàn),并基于電子顯微鏡技術(shù),得到了夾芯板芯層材料的微觀(guān)失效特征。結(jié)果表明在爆炸載荷下,夾芯板的變形/失效模式包括上面板的局部變形、下面板的整體變形、芯層整體的壓縮變形和裂紋失效、芯層胞元結(jié)構(gòu)的微觀(guān)壓潰失效以及面板與芯層間的脫層失效。繼而... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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艦艇在MK46型水雷攻擊下的毀傷過(guò)程[3]

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1.3具有不同芯層形式的夾芯板多孔材料根據(jù)其基體材料屬性的不同，又可以細(xì)分為金屬泡沫材料和聚合物發(fā)泡材料，而在抗沖擊領(lǐng)域中使用較多的金屬泡沫材料為泡沫鋁。Liu等[29]研究了空中爆炸載荷下泡沫鋁夾芯板的響應(yīng)特性，并通過(guò)布置于芯層與面板間的壓力傳感器，監(jiān)控了爆炸載荷作用下芯層與面板間的載荷傳遞情況。研究結(jié)果表明，泡沫芯層可以有效衰減沖擊波強(qiáng)度，從而緩解爆炸載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷。Zhu等[30]結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值方法，研究了泡沫鋁夾芯板抵御空中爆炸載荷的能力，并從變形和能量的角度討論了芯層厚度、炸藥當(dāng)量、面板厚度及芯層密度對(duì)夾芯板抗爆性能的影響。結(jié)果表明芯層可以通過(guò)自身變形吸收大量的沖擊波能量，從而減少下面板的變形。秦慶華等[31]基于該實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其建立的數(shù)值仿真模型的準(zhǔn)確性，繼而通過(guò)數(shù)值方法，對(duì)比分析了夾芯曲板、夾芯平板、實(shí)體曲板和實(shí)體平板的抗爆性能。研究結(jié)果表明泡沫夾芯板的抗爆性能優(yōu)于等質(zhì)量的實(shí)體板，并且增大夾芯板的曲率可以減少作用于夾芯板上的載荷沖量，從而提高夾芯板的抗爆性能。Li等[32]通過(guò)數(shù)值方法研究了空中爆炸載荷下球形泡沫鋁夾芯殼的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)減小球殼的半徑，以及增加上、下面板和芯層厚度均可以提高夾芯殼的抗爆性能。Langdon等[33]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值方法研究了空中爆炸載荷下泡沫鋁夾芯板的失效機(jī)理以及芯層的破壞模式。結(jié)果表明增加上面板厚度可以使得芯層的壓縮更為均勻。芯層的撕裂破壞主要發(fā)生在夾芯板的卸載過(guò)程中，而芯層與面板的連接也會(huì)惡化芯層的撕裂破壞。Qi等[34]通過(guò)對(duì)空中爆炸載荷下泡沫

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文6層板芯層的孔隙中，形成雜交夾層板(見(jiàn)圖1.4)。該種芯層設(shè)計(jì)可以利用泡沫材料為波紋芯層提供額外的支撐作用[47,48]，同時(shí)利用泡沫材料自身的壓縮變形，提高了夾芯板的吸能效率。此外，芯層采用不同材料鋪疊制成的多層復(fù)合夾芯板(見(jiàn)圖1.5)，充分綜合互補(bǔ)了不同材質(zhì)的力學(xué)性能，例如將陶瓷插入上面板與泡沫芯層之間可以有效地緩解面板及面板與芯層之間的脫層失效，以及泡沫芯層的局部變形[49]；將材質(zhì)較硬的聚氨酯(PUR)或者PVC鋪層插入泡沫芯層與上面板之間可以有效保護(hù)芯層并降低夾芯板的整體變形大小[50]。而Zhou等[51,52]則采用碳纖維桿對(duì)泡沫芯層進(jìn)行加強(qiáng)，從而提高芯層的綜合性能。圖1.4泡沫鋁波紋雜交夾芯板[48]圖1.5多層復(fù)合夾芯板[49]圖1.6炭纖維桿加強(qiáng)泡沫[51]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]水下爆炸載荷作用下的船體總強(qiáng)度計(jì)算方法研究[D]. 張阿漫.哈爾濱工程大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3523958