多孔材料中冲击波的传播特性及防爆震机理研究

摘要

该文就对多孔材料以及由多孔材料作为内衬材料所组成的分层结构的冲击波传播特性进行了理论分析、实验研究以及数值模拟.该文首先利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)测得了相同密度、不同基体材料和相同基体材料、不同密度的软质泡沫塑料的动态力学性能.该文首先提出修正这种应力不均匀性的解耦方法;在多孔材料动态力学性能研究的基础上,该文分别侧重于卸载波的追赶作用和材料本身的冲击波衰减特性以及二者的综合作用,对多孔材料中冲击波的传播进行了理论、实验和数值模拟的研究;同时,还首次提出了多孔材料受冲击载荷作用下破坏波(压实波)的概念,并进行了初步分析;通过电测方法、高速纹影摄影方法以及数值模拟的方法证实了冲击波可以透过密闭容器传播到内部空腔中,从而对内部人员造成伤害,解决了这一固体和流体耦合的问题;通过实验和计算提出多孔材料作为内衬材料所组成的分层结构而言,内衬材料的不同排列次序会对衰减效果产生非常大的影响,并从理论上给出了能最有效冲击波的分层结构中的内衬材料排列次序.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一部分绪论

第一章本文的研究背景

1.1研究背景

1.2多孔材料在防护上的应用

1.3由多孔材料组成的分层结构在防护上的应用

1.4本章小结

参考文献

第二章多孔材料的结构

2.1多孔材料简介

2.2多孔材料的结构

2.2.1多孔材料结构的简单描述

2.2.2多孔材料的结构对其变形、破坏机制的影响

2.3本章小结

参考文献

第三章多孔材料的力学性能及冲击波传播特性的研究现状

3.1多孔材料的力学行为

3.1.1多孔材料的力学性能及本构方程

3.1.2多孔材料的缓冲及减振特性

3.2多孔材料中冲击波的传播特性

3.3本章小结

参考文献

第二部分多孔材料的动态力学行为及相关的冲击波传播特性

第四章多孔材料的动态力学性能

4.1多孔材料的动态测试技术

4.2多孔材料SHPB试验的数据处理方法

4.3多孔材料SHPB实验数据处理的解耦方法

4.4几种柔性泡沫塑料的动态力学性能

4.4.1相同密度不同基体柔性泡沫塑料的动态力学性能

4.4.2相同基体不同密度的泡沫塑料的动态力学行为

4.5本章小结

参考文献

第五章多孔材料中冲击波传播的刚性追赶卸载

5.1多孔材料中冲击波传播的刚性追赶卸载理论分析

5.1.1三角波脉冲加载下应力波的传播

5.1.2方波加载脉冲下应力波的传播

5.2多孔材料中冲击波传播的数值解及结果分析

5.2.1三角形波脉冲边界的数值解

5.2.2方波脉冲边界的数值解

5.3本章小结

参考文献

第六章多孔材料中应力波的传播特性

6.1实验方案

6.2泡沫塑料子弹中应力波传播特性的理论分析

6.3实验结果与应力波传播特性分析的比较

6.4关于泡沫塑料中破坏波(Failure Wave)的初步观察与分析

6.5恒速撞击下泡沫塑料中应力波传播的数值模拟

6.6本章小结

参考文献

第七章多孔材料中冲击波传播的衰减特性

7.1实验装置及相关实验技术

7.2实验结果

7.3本章小结

参考文献

第三部分多孔材料作为内衬材料的防爆震机理研究

第八章冲击波透过密闭容器的传播

8.1前言

8.2冲击波透过密闭容器的电测测量

8.2.1实验装置

8.2.2信号测量结果与分析

8.3冲击波透过密闭容器的高速纹影摄影

8.3.1实验方案及原理

8.3.2实验结果

8.4冲击波透过密闭容器传播的数值模拟

8.5分析与讨论

8.6本章小结

参考文献

附图

第九章多孔材料作为内衬材料的防爆震行为的实验研究

9.1实验装置

9.2实验结果

9.2.1单层内衬材料的防爆震性能

9.2.2多层内衬材料的防爆震性能

9.3本章小结

第十章多孔材料作为内衬材料的防爆震行为的数值模拟

10.1单层内衬材料的防爆震行为

10.1.1模型及单元划分

10.1.2计算结果

10.2 双层内衬材料的防爆震行为

10.2.1模型及单元划分

10.2.2计算结果

10.3本章小结

第十一章分层结构对其防爆震行为影响的理论分析

11.1线性波在分层结构中的传播

11.2冲击波在分层结构中的传播

11.3多层抗爆结构中内衬材料排列的分析

11.4考虑材料本构耗散下不同排列结构的防爆震行为

11.5本章小结

参考文献

第四部分全文总结及展望

第十二章全文总结

第十三章今后工作展望

附录一本文数值模拟的MSC/DYTRAN输入文件

附录1.1受恒速撞击的泡沫塑料中应力波的传播

附录1.2冲击波透过密闭容器的传播

附录1.3单层内衬材料防爆震行为

附录1.4双层内衬材料防爆震行为

附录二作者简介及在读期间发表的学术论文