直柱型点阵结构在填充聚氨酯材料时的力学（抗爆）性能研究

摘要

近几年来，随着材料制备以及机械加工技术的迅猛发展，复合材料点阵结构受到许多领域的广泛关注，尤其是国内外航空、航天飞行器和海军舰船等运载设备领域，复合材料点阵结构俨然已成为极具潜力的先进轻质高强多功能材料。因此，对于新型复合材料点阵结构的设计研究具有重要的工程意义。
　　本文以直柱型点阵结构在填充聚氨酯材料时的结构形式作为研究对象，利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件，模拟该复合材料点阵结构在空中爆炸载荷下的响应，分析其在各项参数改变的情况下，响应随之发生的改变，并从吸能的角度出发，比较该复材料点阵结构与其他形式的结构抗爆性能上的优劣，综合讨论得出该复合材料点阵结构具有优良的力学性能。
　　本文主要研究工作及结论如下：
　　(1)利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟空中爆炸，并将计算得到的峰值超压与经验公式进行比较，研究发现，网格密度对峰值超压的计算结果有一定的影响，具体规律是网格单元尺寸越小，计算结果与经验公式越接近。
　　(2)介绍了流体—结构耦合算法，并以实体板在空中爆炸的响应作为算例，观察其吸能及变形情况。
　　(3)本文在第四章中详细介绍了夹芯层高度、面板厚度改变时，直柱型点阵结构填充聚氨酯材料的结构形式在空中爆炸载荷下的响应，主要观察了其吸能和变形的计算结果，并发现随着结构质量的增加，变形和吸能都随之减小。
　　(4)从吸能的角度比较了复合材料点阵结构与聚氨酯夹层板结构、实体板结构性能的优劣，并得出相同工况下复合材料点阵结构的抗爆性能相较于其他两者更为优秀的结论。
　　(5)最后利用ANSYS有限元软件模拟结构在静态加载情况的响应，并综合比较了复合材料点阵结构、聚氨酯夹层板结构、实体板等结构的变形情况，得出复合材料点阵结构具有良好的刚度性能的结论。

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第1章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2复合材料点阵结构的研究现状

1.3聚氨酯材料的研究现状

1.4本文主要工作和创新点

第2章 空中爆炸冲击波理论及数值仿真

2.1引言

2.2爆炸现象及其特征

2.3爆炸冲击波

2.4空中爆炸冲击波的传播理论

2.5空中爆炸的有限元数值模拟

2.6本章小结

第3章 LS-DYNA的流体-固体结构耦合算法介绍及数值模拟

3.1引言

3.2 LS-DYNA的数值方法简介

3.3 ALE方法的理论介绍

3.4实体板在空中爆炸载荷下的数值模拟

3.5本章小结

第4章 直柱型点阵结构填充聚氨酯材料时在爆炸载荷作用下的响应

4.1引言

4.2复合材料点阵结构的有限元模型

4.3复合材料点阵结构的计算结果

4.4本章小结

第5章 直柱型点阵结构填充聚氨酯材料时与其他结构的抗爆性能比较

5.1引言

5.2复合材料点阵结构与聚氨酯夹层板结构吸能对比

5.3复合材料点阵结构与实体板结构吸能对比

5.4本章小结

第6章 直柱型点阵结构填充聚氨酯材料时的静态刚度性能研究

6.1引言

6.2数值仿真及结果分析比较

6.3本章小结

第7章 总结与展望

7.1本文的主要研究成果及结论

7.2进一步研究工作及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢