泡沫鋁材料因其獨(dú)特的細(xì)觀結(jié)構(gòu)而具有良好的抗沖擊性能,被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、防爆容器等各種緩沖吸能場景。梯度泡沫鋁材料的密度在材料內(nèi)部不均勻分布,除具備均質(zhì)泡沫鋁的優(yōu)良性能外,還可以通過對其密度梯度的設(shè)計(jì)優(yōu)化其抗沖擊性能。在防爆容器等應(yīng)用場景中,圓柱形泡沫鋁與兩層金屬柱殼構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)被稱作泡沫鋁夾心柱殼結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的防爆容器質(zhì)量較大、不利于快速移動(dòng),防爆容器的輕質(zhì)化具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)需求。本文以梯度泡沫鋁夾心柱殼為研究對象,分析相對密度、元胞尺寸和密度梯度對其在內(nèi)部爆炸載荷下抗爆性能的影響規(guī)律,并以外殼變形量和能量吸收作為評價(jià)指標(biāo)。主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:首先建立了基于Voronoi技術(shù)的泡沫鋁夾心柱殼的二維有限元模型,并進(jìn)行了不同相對密度和爆炸載荷的爆炸試驗(yàn),對比仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了該模型的有效性。以外殼變形量和能量吸收為評價(jià)指標(biāo),分析相對密度和元胞特征尺寸對均質(zhì)泡沫鋁夾心柱殼抗爆性能的影響。結(jié)果表明,元胞特征尺寸對芯體能量吸收的影響可以忽略,但減小元胞特征尺寸可以明顯降低內(nèi)外殼體的變形量;而隨著相對密度的增大,芯體總的能量吸收增大但單位質(zhì)量的能量吸收近似呈線性降低,不利于降低防爆裝... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圓柱形防爆罐從上世紀(jì)60年代開始，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界就對防爆容器進(jìn)行了大量研究，并得到很多有價(jià)值的研究成果

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文。這些初步的研究主要集中在實(shí)心殼體的防爆容器上。著時(shí)代的發(fā)展，出現(xiàn)了對防爆容器的強(qiáng)烈需求，從而引起了學(xué)術(shù)界器殼體材料的研究。防爆容器可以根據(jù)殼體材料分為兩大類：單一容器和復(fù)合材料殼體防爆容器。在相同尺寸的情況下，單一材料殼效果更好，但其質(zhì)量往往較大，不便于攜帶和運(yùn)輸。復(fù)合材料殼體體一般由鋼屑、樹脂等材料加工而成[7]，質(zhì)量略低于單一材料殼體防爆而言抗爆性能要遜色一些。近年來，對新型輕質(zhì)防爆容器的需求日益對將泡沫材料作為芯體構(gòu)成夾心結(jié)構(gòu)的防爆容器進(jìn)行了研究。沫材料是一種多孔輕質(zhì)材料，其內(nèi)部存在有大量孔洞使得泡沫材料但卻擁有優(yōu)異的比強(qiáng)度和能量吸收效率。單獨(dú)的泡沫金屬強(qiáng)度有限，應(yīng)用時(shí)常將其組成夾心結(jié)構(gòu)。泡沫夾心結(jié)構(gòu)通常由金屬面板和泡如圖 1.2 所示。相比于傳統(tǒng)的實(shí)心結(jié)構(gòu)，具有更好的抗沖擊性能和更廣泛應(yīng)用于各類抗沖擊領(lǐng)域。例如，在汽車撞擊緩沖領(lǐng)域[8]，已經(jīng)大鋁夾心結(jié)構(gòu)，此外在噪音吸收、飛機(jī)防撞等方面也有大量應(yīng)用。

圖 1.3 典型的泡沫夾心柱殼1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鋁材料研究現(xiàn)狀以鋁或者鋁合金為基體，在其中分布有大量孔洞種多孔材料，具備多種傳統(tǒng)實(shí)心材料所不具有的高、比剛度大、能量吸收效率高等，是目前沖擊內(nèi)部胞孔的不同，泡沫鋁材料可以分為閉孔泡沫之間互不連通，由胞壁隔開。而后者的胞孔是相整個(gè)結(jié)構(gòu)。如圖 1.4 所示。本文中所研究的泡沫鋁沫鋁如無特別說明，均指閉孔泡沫鋁。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋼板夾泡沫鋁組合板抗接觸爆炸性能研究[J]. 王曦浩,夏志成,孔新立,趙躍堂,龔自明.  振動(dòng)與沖擊. 2017(13)
[2]鋼板夾泡沫鋁組合板抗爆性能研究[J]. 夏志成,王曦浩,趙躍堂,龔華棟,孔新立.  振動(dòng)與沖擊. 2017(02)
[3]梯度泡沫金屬的沖擊吸能特性[J]. 張健,趙桂平,盧天健.  工程力學(xué). 2016(08)
[4]高沖擊下泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)壓潰吸能研究[J]. 高猛,徐鵬.  兵器材料科學(xué)與工程. 2016(01)
[5]水中爆炸載荷下夾芯圓柱殼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 王家維,田曉耕.  固體力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(S1)
[6]輕質(zhì)泡沫金屬夾芯殼結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊性能研究[J]. 敬霖,趙隆茂,王志華.  固體力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(S1)
[7]閉孔泡沫鋁力學(xué)特性及其在汽車碰撞吸能中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 蘭鳳崇,曾繁波,周云郊,陳吉清.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(22)
[8]復(fù)合結(jié)構(gòu)防爆罐抗爆特性的數(shù)值模擬[J]. 顧文彬,胡亞峰,徐浩銘,劉建青,董勤星,陳學(xué)平.  含能材料. 2014(03)
[9]泡沫鋁柱殼對藥柱水下爆炸壓力場影響的數(shù)值研究[J]. 倪小軍,馬宏昊,沈兆武,李磊.  高壓物理學(xué)報(bào). 2014(02)
[10]真實(shí)爆炸容器殼體動(dòng)力響應(yīng)的強(qiáng)度分析[J]. 胡八一,柏勁松,張明,成偉.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2001(03)

博士論文
[1]強(qiáng)動(dòng)載荷作用下多孔金屬夾芯方板的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為研究[D]. 李鑫.太原理工大學(xué) 2013



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