空中爆炸载荷下高强聚乙烯与泡沫铝复合夹层板失效机理研究

摘要

在海战中，反舰武器爆炸形成的冲击波和高速破片对舰船结构构成了严重威胁。轻质泡沫铝夹层结构因其芯层所具有的连续多孔吸能结构，呈现出了优异的抗冲击波性能，但其抗侵彻能力较弱。而高强聚乙烯复合材料的高强度比和高模量比使其具有优异的抗侵彻性能。将高强聚乙烯复合材料引入轻质泡沫铝夹层结构中构成高强聚乙烯/泡沫铝复合夹层结构。研究这种新型夹层结构在空中爆炸冲击波作用以及冲击波与破片联合作用下的失效机理具有重要的学术和应用价值。本文主要工作如下： （1）对高强聚乙烯与泡沫铝复合夹层板在空爆载荷下的动态力学行为进行了实验研究。研究了10个复合夹层板实验模型在空爆载荷下的变形及破坏模式，探讨了芯层材料、芯层材料密度和芯层排列对复合夹层板抗爆能力的影响。结果表明，在面密度相等的情况下，不同芯层配置对夹层板抗爆性能的影响不同。其中，芯层都为泡沫铝且密度从上面板到下面板依次增大的夹层板具有更好的抗爆性能。 （2）利用有限元软件AUTODYN对高强聚乙烯与泡沫铝复合夹层板在空爆载荷下的动态响应开展数值模拟，研究了爆炸冲击波的加载过程和夹层板的动态响应过程，分析了不同参数对结构耦合面压力、面板中心点速度和能量耗散的影响。结果表明，不同芯层配置对夹层板耦合面压力的影响较小，但对面板中心点速度和能量耗散的影响较大。 （3）对高强聚乙烯与泡沫铝复合夹层板在爆炸冲击波和破片联合作用下的毁伤特性进行了实验研究。研究了5个复合夹层板实验模型在冲击波和破片联合作用下的变形及失效模式，探讨了芯层材料、芯层材料密度和芯层排列对夹层板抗联合作用毁伤能力的影响，并与冲击波单独作用下高强聚乙烯与泡沫铝复合夹层板的抗毁伤性能进行了对比。结果表明：不同芯层配置对夹层板抗联合作用的影响不同，并且高强聚乙烯复合材料的加入会明显提高夹层板的抗冲击波和破片联合作用载荷的性能。 本文研究工作可为高强聚乙烯与泡沫铝复合夹层板在舰船防护结构上的应用提供有益参考。

目录

第一个书签之前