多层泡沫铝夹芯板的抗爆性能
来源:    发布时间: 2018-09-28 16:27   149 次浏览   大小:  16px  14px  12px
  泡沫铝(aluminum foam, ALF)作为一种新型的防护材料,广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。泡沫铝相对密度小,又具有一定的强度,其独特的泡孔结构在受到冲击时能够吸收大量的能量,具有优良的防护能力。不少学者和研究人员对泡沫铝
  泡沫铝(aluminum foam, ALF)作为一种新型的防护材料,广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。泡沫铝相对密度小,又具有一定的强度,其独特的泡孔结构在受到冲击时能够吸收大量的能量,具有优良的防护能力。不少学者和研究人员对泡沫铝的动静态力学性能、吸能机理以及变形理论进行了大量的研究。田杰[1]对不同密度、不同基体泡沫铝中冲击波的衰减规律进行了数值模拟,结果表明高密度的泡沫铝的冲击波衰减系数比低密度泡沫铝大; 董永香等[2]通过实验和数值模拟,研究了钢筋混凝土和泡沬铝夹层板在爆炸载荷作用下的动态力学行为和毁伤模式; 李志斌[3]对闭孔泡沫铝材料在高温下的准静态和动态力学性能进行了实验研究,结果表明闭孔泡沫铝材料具有明显的温度软化效应; 康建功等[4]考虑能量损耗,提出了一种计算泡沫铝衰减飞片冲击波压力的方法; 任新见等[5]通过实验研究了泡沫铝夹芯圆柱形排爆罐中应力波的衰减特性,发现泡沫铝能够大大削减应力波的强度,“硬-软-硬”叠合结构是一种合理的抗爆结构形式; 敬霖等[6-7]利用四缆弹道摆系统测量了圆柱形三明治板在爆炸作用下所受到的冲量,发现三明治面板的塑性变形和爆炸冲量呈线性关系,冲量越大板的变形越大; 李伟等[8]研究了球形泡沫铝夹芯三明治板在外部载荷下的动态响应,发现球形结构的抗爆能力要好于圆柱形结构; Shen Jianhu等[9]对向外弯曲的泡沫铝夹芯三明治板进行了爆炸加载实验,发现与平面泡沫铝夹芯三明治板相比,这种结构改变了爆轰波的入射角度以及面板的变形机制,其抗爆能力要优于后者。
  随着研究的深入,人们发现单层泡沫铝的吸能效率不高,越来越多的研究人员开始关注多层泡沫铝的抗爆能力[10-13],但是目前关于在爆炸载荷下多层泡沫铝的动态响应研究较少,人们只关注了多层泡沫铝结构背板的变形量,而忽略了泡沫铝的变形模式、吸能量以及应力波的衰减规律,而且受到实验条件的限制,对大药量条件下,多层泡沫铝爆炸加载实验的相关报道更少。本工作在数值仿真的基础上,结合爆炸加载实验,对不同密度排列的多层泡沫铝夹芯三明治结构的抗爆性能进行研究。
  2 数值模拟研究
  2.1 数值模拟参数
  泡沫铝夹芯板由上下两层钢板和中间三层泡沫铝夹芯组成,数值模型如图1所示。在LS-DYNA中空气和炸药都采用欧拉网格,钢板和各层泡沫铝都是拉格朗日网格,大小均为2.5 mm; 为了方便建模,采取直接在空气中填充炸药的方法,填充圆柱形装药,药量500g。建立空气网格作为耦合域将上层钢板完全包裹起来,流固耦合参数[14]见表1。NQUAD代表耦合积分点个数,取值为3表示每个Lagrange单元表面都有3×3个积分点; CTYPE代表耦合的类型,取值4表示不允许实体单元出现侵蚀的耦合类型; DIREC代表耦合的方向,取值为2表示只有受压耦合; MCOUP代表多物质选项,取值为1表示钢板只与高密度的爆轰产物耦合; PFAC代表罚函数系数,取值0.1用于计算耦合力。另外,在钢板和泡沫铝之间定义为面面接触,接触刚度0.1。http://www.cqslwzyxgs.com/