新型梯度连续可控夹层板抗冲击性能研究及优化

研究了一种基于空间填充设计方法与二维泰森多边形方法的梯度连续可控夹层结构的设计方法.通过控制形核点的分布函数,实现夹层结构面内相对密度的径向梯度分布且环向均匀分布,进而对结构的抗冲击性能进行调控设计.利用6061O铝合金加工制备了不同面板厚度的梯度夹层板进行落锤冲击实验,并采用Abaqus/Explicit软件建立了三维有限元分析模型,实验结果和数值模拟结果有较好的一致性.通过实验观测与数值模拟得到梯度夹层板在低速局部冲击载荷作用下的变形机制,基于理想刚塑性金属材料本构建立了低速局部冲击载荷作用下面内梯度夹层板动态响应的理论分析模型,分析了面板与芯层的变形模式与吸能机理.对形核点分布函数特征参数进行了分析,得到了形核点分布函数对梯度夹层板抗冲击性能的影响规律,阐明了特征参数对力学性能的调控机制.以特征参数为设计变量,以低速局部冲击载荷作用下梯度夹层板的抗冲击性能为优化目标,建立多目标优化问题,利用试验设计方法、代理模型技术及多目标遗传算法求解得到Pareto解集,并利用最小距离选择法得到了综合最优解.验证了梯度连续可控夹层结构的设计方法是可行且有效的.

内爆炸载荷下泡沫铝夹芯圆管塑性动力响应及能量耗散机理

通过实验、理论和数值模拟研究泡沫铝夹芯空心圆管在内爆载荷作用下的动态变形模式及吸能机制.采用不同质量的球形乳化炸药进行爆炸试验.结构轴向变形分为3个区:大塑性变形区、绕塑性铰的刚性旋转区和无变形区.在考虑环向膜力和轴向弯矩的情况下,提出内爆作用下夹芯圆管动态响应的显式计算方法.通过建立基于三维Voronoi算法的泡沫芯有限元模型,探索结构能量耗散机制.通过实验观测到的泡沫铝夹芯空心圆管在内爆载荷作用下的变形机制,结合内外管的弯曲变形及芯层压缩,给出了结构在响应过程中能量吸收的理论解.以结构比吸能和外管中心挠度为控制参量求得夹芯圆管的最优解集.进一步研究炸药质量、内外管直径、壁厚及芯层轴向梯度排列方式对结构动态变形模式和吸能机制的影响.结果表明:内管壁厚对外管中心线的挠度影响较大,而芯层厚度和外管壁厚的影响较小;如果夹芯圆管的轴向梯度结构从管轴向对称面到两端边缘呈对称递减分布时,具有较好的抗爆性;数值计算和实验测试结果均与理论预测吻合.

王莲仿生梯度蜂窝的面外压缩行为

利用ABAQUS有限元软件对仿王莲脉络分层梯度蜂窝进行准静态与动态压缩数值模拟,分析了其准静态压缩平台应力与相对密度,以及动态压缩强度与相对密度、冲击速度之间的关系。结果表明:当冲击速度较低时(10 m/s),芯层呈现渐进压溃模式;在高速冲击下(200 m/s),芯层压溃模式与梯度分布方式密切相关,初始为渐进压溃模式,当冲击波传播至远端时,各层的压溃和密实化取决于其静态压缩强度,密实化依次出现在压缩强度较低的芯层。

重复爆炸荷载下双层蜂窝夹芯板的动力响应

本文采用数值模拟研究了重复爆炸载荷下双层蜂窝夹芯板的动态响应与能量吸收机理,分析了加载条件、前后面板厚度分布、芯层梯度对其变形模态和能量吸收的影响。单次、重复爆炸载荷下双层蜂窝夹芯板的变形模式以整体弯曲为主。芯层中心发生局部压缩,后面板变形区域由中心向边界扩展。第1次爆炸炸药质量为40 g,第2次爆炸炸药质量为20 g时夹芯板后面板中点挠度较小,芯层总吸能较高。前面板厚度0.4 mm,后面板厚度1.2 mm的夹芯板后面板中点挠度较大,总吸能最高;前面板厚度不变,后面板厚度越大,其后面板中点挠度越小,芯层总吸能越高,结构抗爆炸能力越强。3种梯度双层蜂窝夹芯板中,正梯度夹芯板后面板中点挠度最小,芯层总吸能较小;负梯度夹芯板后面板中点挠度较大,芯层总吸能较高。