在海戰(zhàn)中,反艦武器爆炸形成的沖擊波和高速破片對艦船結(jié)構(gòu)構(gòu)成了嚴重威脅。輕質(zhì)泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)因其芯層所具有的連續(xù)多孔吸能結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)出了優(yōu)異的抗沖擊波性能,但其抗侵徹能力較弱。而高強聚乙烯復合材料的高強度比和高模量比使其具有優(yōu)異的抗侵徹性能。將高強聚乙烯復合材料引入輕質(zhì)泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)中構(gòu)成高強聚乙烯/泡沫鋁復合夾層結(jié)構(gòu)。研究這種新型夾層結(jié)構(gòu)在空中爆炸沖擊波作用以及沖擊波與破片聯(lián)合作用下的失效機理具有重要的學術和應用價值。本文主要工作如下:（1）對高強聚乙烯與泡沫鋁復合夾層板在空爆載荷下的動態(tài)力學行為進行了實驗研究。研究了10個復合夾層板實驗模型在空爆載荷下的變形及破壞模式,探討了芯層材料、芯層材料密度和芯層排列對復合夾層板抗爆能力的影響。結(jié)果表明,在面密度相等的情況下,不同芯層配置對夾層板抗爆性能的影響不同。其中,芯層都為泡沫鋁且密度從上面板到下面板依次增大的夾層板具有更好的抗爆性能。（2）利用有限元軟件AUTODYN對高強聚乙烯與泡沫鋁復合夾層板在空爆載荷下的動態(tài)響應開展數(shù)值模擬,研究了爆炸沖擊波的加載過程和夾層板的動態(tài)響應過程,分析了不同參數(shù)對結(jié)構(gòu)耦合面壓力、面板中心點速度和能量耗散的影... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

遭受攻擊前后的天安艦夾層結(jié)構(gòu)（Sandwichstructure）作為一種新型結(jié)構(gòu)，因其輕質(zhì)、高比強度、高比

泡沫芯層以及面板的失效模式進行了識別和討論，同時也對三種密度和厚度的同質(zhì)量四種結(jié)構(gòu)的抗爆性和能量吸收性能進行了比較研究。除夾芯平板外，學者們還對各種曲面夾芯結(jié)構(gòu)進行了研究，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式的改變對夾芯板的變形和破壞模式有一定的影響。Li 等[20]通過數(shù)值模擬方式對在外部空爆載荷作用下泡沫鋁金屬夾層球殼的動態(tài)響應進行了分析。結(jié)果表明，夾層球殼在抵抗爆炸載荷方面比圓柱形夾層殼體表現(xiàn)更好；通過減小曲率半徑，增加泡沫芯層厚度，抗爆性能會明顯提高；同時保持前后面板厚度總和不變的情況下，增加前面板厚度會提高防爆性能。Karagiozova 等[21]運用實驗、數(shù)值和理論多種方式對在內(nèi)部爆炸載荷作用下以聚苯乙烯泡沫為芯層的金屬夾層圓柱殼的動態(tài)響應進行了分析，研究發(fā)現(xiàn)，在理論計算時，流固耦合作用不能忽略；同時與等質(zhì)量的單層圓柱殼相比，低密度泡沫芯層夾層圓柱殼擁有更好的抗爆性能，而高密度泡沫芯層夾層圓柱殼的抗爆性能較差。通過有限元軟件 LS-DYNA，Liu 等研究了在爆炸載荷下泡沫鋁梯度夾層圓柱殼[22]和方板[23]的動力響應（如圖 1.2）。研究發(fā)現(xiàn)，通過將芯層設置為從內(nèi)到外密度梯度下降的泡沫鋁材料，能夠進一步提升夾芯結(jié)構(gòu)的抗爆炸沖擊波性能。

和沖擊波和破片聯(lián)合作用各自對艦船艙室的動力學行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)裸裝炸藥載荷主要引起艙室結(jié)構(gòu)膨脹變形和角隅撕裂，但是由于高速破片的穿孔效應，在破片集中區(qū)會因為穿孔邊界應力集中形成撕裂破口，導致艙室的變形和毀壞更嚴重（如圖1.3）。同時，對夾層結(jié)構(gòu)在沖擊波和破片聯(lián)合作用下的毀傷機理也進行了研究[59]，得出了類似的結(jié)論。圖 1.3 (a)裸裝炸藥和(b)帶殼戰(zhàn)斗部爆炸下艙室結(jié)構(gòu)的破壞模式[58]張成亮等[60]對以玻璃鋼為夾芯的夾層結(jié)構(gòu)抗沖擊波與破片聯(lián)合毀傷性能進行了實驗研究，研究發(fā)現(xiàn)聯(lián)合作用對夾層板的毀傷效能遠大于沖擊波的單獨作用，在兩種載荷下夾層板的變形模式具有較大差異，沖擊波單獨作用時，夾層板面板主要表現(xiàn)為褶皺變形，芯層表現(xiàn)為分層破壞和脫落。但在聯(lián)合作用下，前面板會出現(xiàn)中部大破口，后面板出現(xiàn)大變形和花瓣開裂，玻璃鋼夾芯板出現(xiàn)大的穿甲破口和分層破壞（如圖 1.4）。李茂等[61]運用數(shù)值仿真研究了固支方板抗沖擊波和破片聯(lián)合作用性能，分析了破片在炸藥下的運動過程和方板在聯(lián)合作用下的變形破壞模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]沖擊波和高速破片聯(lián)合作用下固支方板毀傷效應數(shù)值模擬[J]. 李茂,朱錫,侯海量,李典,陳長海,鄭紅偉,徐偉.  國防科技大學學報. 2017(06)
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[3]近距爆炸破片作用下芳綸纖維夾芯復合艙壁結(jié)構(gòu)毀傷特性實驗研究[J]. 李典,朱錫,侯海量,李茂,陳長海.  兵工學報. 2016(08)
[4]沖擊波和高速破片對固支方板的聯(lián)合作用數(shù)值模擬[J]. 李茂,朱錫,侯海量,陳長海,李典,胡年明.  中國艦船研究. 2015(06)
[5]超高分子量聚乙烯纖維增強層合厚板抗高速鈍頭彈侵徹的理論模型[J]. 陳長海,徐文獻,朱錫,侯海量.  中國艦船研究. 2015(03)
[6]UHMWPE纖維織物復合靶板抗彈性能研究[J]. 高恒,楊宏偉,杜建華.  裝甲兵工程學院學報. 2014(05)
[7]爆炸沖擊波與高速破片對夾層結(jié)構(gòu)的聯(lián)合毀傷效應試驗研究[J]. 張成亮,朱錫,侯海量,陳長海.  振動與沖擊. 2014(15)
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博士論文
[1]爆炸載荷及復合多層防護結(jié)構(gòu)響應特性研究[D]. 孔祥韶.武漢理工大學 2013
[2]強動載荷作用下泡沫金屬夾芯殼結(jié)構(gòu)的動力學行為及其失效機理研究[D]. 敬霖.太原理工大學 2012

碩士論文
[1]夾芯板雙層艙壁結(jié)構(gòu)抗沖擊毀傷特性研究[D]. 李舒.江蘇科技大學 2017
[2]沖擊載荷作用下固支夾芯圓板的力學行為研究[D]. 張培文.太原理工大學 2013
[3]破片和沖擊波對直升機結(jié)構(gòu)聯(lián)合作用的數(shù)值模擬研究[D]. 劉剛.南京理工大學 2013
[4]非接觸爆炸沖擊波作用下船體結(jié)構(gòu)響應研究[D]. 吳迪.上海交通大學 2007
[5]高速侵徹體與水下爆炸波對艦舷結(jié)構(gòu)的聯(lián)合作用研究[D]. 呂錦鋒.南京理工大學 2005



本文編號：2962311