爆炸载荷下仿贝壳Voronoi砖泥结构的动态响应

基于贝壳多尺度、多层级的砖泥结构,构建仿贝壳Voronoi砖泥结构。通过将3D打印、爆炸实验和数值模拟相结合,探索仿贝壳Voronoi砖泥结构在爆炸载荷下的动力学响应,研究Voronoi单元尺寸和层内软材料厚度对结构变形破坏模式和能量吸收的影响。实验结果表明:在40 g球形乳化炸药作用下,仿贝壳Voronoi砖泥结构的前面板中心处出现了向四周蔓延的径向裂纹,后面板出现小块材料脱落。在此基础上,建立了有限元模型,并验证了其有效性。随着药量的增加,仿贝壳Voronoi砖泥结构主要分为塑性变形、前后面板裂纹、小块材料脱落、结构整体贯穿破坏伴随夹持端剪切破坏4种破坏模式。研究发现:仿贝壳Voronoi砖泥结构中硬材料的水平正应力远大于垂直正应力,层间软材料的剪应变大于层内软材料的剪应变。层间软材料的比吸能远大于硬材料的比吸能,约为硬材料的1.8~2.3倍;随着Voronoi单元尺寸的增大,层内软材料的比吸能增大了45.6%;随着层内软材料厚度增加,层内软材料的比吸能增大了31.1%,允许结构进一步的塑性变形。研究结果为仿生结构设计提供了一定的技术依据。