泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响

为了研究泡沫铝材料对水下爆炸冲击波的衰减特性,将泡沫铝材料制成不同壁厚的泡沫铝壳,初步研究了泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响。利用水下压力测试系统,分别测试了裸太安(PETN)药柱和将PETN药柱分别放入壁厚为1.5,2.5,3.5 cm的泡沫铝壳中爆炸条件下,距药柱0.5 m处的冲击波时程压力。通过对数据分析,发现泡沫铝壳不仅可以消减爆炸冲击波峰值压力,而且可以有效地吸收冲击波比冲量和冲击波比能。同时,利用水下摄影系统记录了泡沫铝壳在爆炸载荷作用下变形、破碎和运动的过程。结果表明:泡沫铝壳通过自身的压缩变形和破碎来消耗爆炸冲击波的能量,进而起到对水下爆炸冲击波的消减作用;泡沫铝壳的壁厚对水下冲击波衰减的影响十分明显。

重复冲击载荷下泡沫铝夹芯壳的动态响应

通过数值模拟研究了泡沫铝夹芯壳在重复冲击载荷作用下的变形和能量耗散机理,分析了曲率半径、前后面板厚度分配、芯层厚度和冲击能量梯度对结构抗重复冲击性能和能量吸收能力的影响规律。结果表明:在重复冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯壳结构的变形不断累积,前面板局部弯曲变形,芯层局部压缩,后面板整体弯曲变形。随着冲击次数的增加,冲击力峰值逐渐增大,冲击持续时间缩短,结构能量吸收能力降低,整体抗弯刚度增大。每次冲击能量相同时,泡沫铝夹芯壳结构曲率越大,能量吸收能力越强,同时前、后面板5次重复冲击后的中点挠度大于曲率较小的夹芯壳结构。5次重复冲击载荷作用下,前面板厚度较大且后面板厚度较小时,结构的比吸能较低,但后面板中点挠度较小。泡沫铝芯层厚度越大,结构的后面板挠度越小,但总比吸能降低。3种不同梯度的冲击能量作用下,递增能量工况下结构的吸能最多,前、后面板的挠度较大,递减能量工况下结构的吸能最少,前、后面板的挠度较小。

内部填充泡沫铝的柱壳力学响应数值模拟

针对泡沫铝及其填充圆柱壳的变形模式复杂、理论分析困难的问题,在分析泡沫金属唯象本构模型的基础上,用Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型描述泡沫铝的力学行为,用随机几何缺陷描述结构的可能缺陷形式,采用有限元法对内部填充泡沫铝的圆柱壳结构在轴向载荷作用下的静、动态力学响应进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果较一致,表明Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型可用来描述泡沫铝在复杂应力状态下的力学特性,本文中采用的数值模拟方法是合理的。

高g值冲击下泡沫铝填充铝壳吸能特性研究

在弹体高速侵彻硬目标和弹箭爆炸抛撒过程等环境中,弹载测控电路将承受数万g的冲击加速度作用,因此需要对测控电路模块进行缓冲保护.为了设计较优的保护结构,提出了3种不同厚度的铝壳和不同密度泡沫铝的填充结构,利用LS-DYNA有限元软件,从载荷效率、比吸能、隔冲效率以及最大加速度响应等4个评价指标对泡沫铝填充铝壳缓冲吸能效果进行评估.结果表明,厚度为0.8mm、密度为1.1g/cm3填充结构的缓冲吸能效果在不同组合中最好.

高g值冲击下泡沫铝填充壳结构抗冲击性能多目标优化

在弹体侵彻硬目标环境中,弹载测控电路承受高g值冲击加速度作用。建立冲击过程中泡沫铝填充铝壳吸收能量最大化、体积比吸能最大化、测控电路承受加速度幅值最小化的多目标优化问题。以铝壳厚度和泡沫铝密度为设计变量,利用有限元软件LS-DYNA中的ALE算法得到不同设计变量的冲击信息,通过响应面法构造近似目标函数,引入权系数来表征各个目标在优化过程中的重要程度,并利用理想点法求解多目标优化问题的有效解。得出填充结构中壳厚度t的最优值为1.152mm、泡沫铝相对密度ρ′最优值为0.279。

温度对泡沫铝夹芯壳力学性能影响的数值研究

本文用数值模拟方法,研究了温度对泡沫铝夹芯壳力学性能的影响。首先建立了泡沫铝夹芯壳有限元模型并施加冲击载荷,将模拟结果与实验结果进行了比较,验证了有限元模型的准确性。其次研究了温度对泡沫铝夹芯壳吸能以及变形的影响,结果表明在−50℃到300℃的温度下,随着温度的升高,夹芯壳的吸能变化不明显,但是背面板中心点的变形与结构整体变形都在增加,整个结构抗冲击能力在下降。最后分析了泡沫铝夹芯壳的破坏模式,结果表明在弹丸撞击下,夹芯壳在−50℃,25℃和300℃下都主要发生剪切破坏。夹芯壳的上、下面板都以剪切破坏为主,泡沫铝芯层在发生剪切破坏的同时还存在压实坍塌破坏。

高冲击下泡沫铝填充结构压溃吸能研究

为研究铝壳厚度和泡沫铝密度对填充结构压溃吸能特性的影响,运用LS-DYNA有限元软件,对不同厚度、不同密度的填充结构在幅值为30 000g、脉宽为160μs半正弦加速度冲击下进行数值模拟,提出载荷效率、比吸能、隔冲效率以及最大加速度响应4个指标评价结构的压溃吸能特性。研究表明,结构的缓冲效果主要由壳的厚度决定,而能量吸收过程中壳和泡沫铝相互影响、共同作用。综合上述4个因素,在不同组合的填充结构中S0.6F0.7缓冲吸能特性最好。

高g值冲击下变截面填充壳缓冲性能优化方法

针对需要多个目标同时达到最优值,提出高g值冲击下泡沫铝填充变截面壳吸收能量最大化及测控电路承受加速度幅值最小化的多目标优化方法。以铝壳厚度和泡沫铝密度为设计变量,通过全因子试验设计选取试验点,同时利用LS-DYNA获取相应的冲击信息,引入响应面法构造近似目标函数,通过目标规划法获得最优解。结果表明,对于抗冲击性能的综合要求,多目标优化结果优于单目标优化结果,并在一定冲击载荷作用下对于选取更优的缓冲结构具有重要指导意义。

多孔金属夹芯结构的抗爆性能研究

多孔金属夹芯结构已被广泛应用于航空航天等领域,研究其抗爆吸能性能具有十分重要的意义。分别对金属空心小球和泡沫铝两种夹芯壳结构在TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能进行爆炸实验,并采用AN-SYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟研究。结果表明:金属空心小球夹芯结构作为抗爆吸能结构是可行的;在结构框架尺寸与质量相同时,内面板厚外面板薄的夹芯结构具有更好的抗变形能力,内面板薄外面板厚的夹芯结构则具有更好的吸能特性;在结构框架尺寸与质量相同时,负梯度夹芯结构、并列型小球夹芯结构、小半径小球夹芯结构具有更好的抵抗爆炸载荷和吸收冲击能量的性能;在结构框架尺寸与质量相同时,金属空心小球夹芯结构的整体强度更高,而泡沫铝夹芯结构能更充分地发挥芯层的缓冲性能。