部分充液多胞元结构的面内动态力学特性研究

为探究部分充液多胞元结构的抗冲击防护性能,结合充液内凹胞元的落锤冲击试验,建立了充液内凹胞元、部分充液内凹多胞元结构的冲击动态特性二维FEM数值分析,计算得到了部分充液内凹多胞元结构的变形破坏模式,讨论了不同冲击速度下部分充液内凹多胞元结构的动力学响应特性。结果表明:在充液胞元破损后,水介质会流入相邻未充液胞元,形成二次鼓胀吸能效应,从而有效提高结构壁面的变形吸能水平;结构中的充液区域和未充液区域的变形破坏模式分别为鼓胀拉伸和屈曲弯折;随着冲击速度的提高,结构的单位体积应变能以及对初始冲击载荷的削弱作用均得到增强。横向充液方式可以等效为变刚度弹簧的串联布置,该方式仅影响结构的局部刚度,纵向充液方式可以等效为多层变刚度弹簧的并联布置,该方式会影响结构的整体刚度;充液区域与未充液区域的等效刚度呈动态变化,结构变形模式由各区域实时的等效刚度决定。当载荷冲击速度较高时,横向和纵向部分充液内凹多胞元结构对初始冲击载荷的削弱能力均优于未充液内凹多胞元结构。

胞元膨胀特性及其对水锤效应的影响数值分析

为研究胞元的膨胀特性对水锤效应的影响,本文设计了几类不同构型的胞元结构,开展了高速弹丸侵彻下各类胞元结构的数值模拟研究,同时讨论了胞元结构壁厚变化带来的影响。研究中使用“膨胀阻抗”概念量化了胞元结构在高速弹丸侵彻下的膨胀特性,并分析了胞元鼓胀特性对水锤效应所产生的空化压力载荷带来的影响。结果表明:在高速弹丸侵彻下,膨胀阻抗可有效反映胞元结构的膨胀变形程度,膨胀阻抗越小,说明胞元越容易变形和膨胀;水锤效应导致的空化压力载荷作用强度受胞元结构的膨胀阻抗影响,在胞元结构的膨胀阻抗降低时,胞元的鼓胀变形过程将降低壁面受到的空化压力载荷强度;壁厚会影响充液胞元结构的膨胀阻抗,在空化压力载荷较小时,结构的膨胀阻抗与结构侧壁面厚度线性相关;在空化压力载荷较大时,结构的膨胀阻抗与结构各壁面厚度的匹配关系有关。