泡沫鋁的沖擊波衰減和抗爆震特性研究.pdf

1、泡沫金屬是一種新型工程，由于其獨特的物理、化學性能，其應(yīng)用范圍越來越廣泛。低阻抗的泡沫金屬材料通常具有優(yōu)秀的沖擊能量吸收能力，許多領(lǐng)域已采用泡沫金屬達到?jīng)_擊防護目的，尤其是降低材料重量方面有明顯的優(yōu)勢。因此，其動態(tài)力學行為和吸能特征成為近幾年來力學及材料科學等領(lǐng)域的研究熱點之一。 本文首先研究了孔徑參數(shù)和基體性能對泡沫鋁的力學性能的影響?？讖綄τ谂菽X的性能的影響取決于泡沫鋁的基體性能。對于泡沫純鋁，孔徑對屈服強度及塑性硬化模量

2、基本沒有影響。韌性泡沫金屬的屈服段應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而緩慢增加；脆性泡沫金屬有比較長而平緩的屈服平臺區(qū)。脆性泡沫的吸能效果總體優(yōu)于韌性泡沫。 在爆炸載荷下泡沫鋁中沖擊波強度隨著傳播距離的增加呈指數(shù)哀減的形式。對泡沫鋁在抗爆結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用進行了試驗研究，并對不同材料的防護結(jié)構(gòu)進行了試驗對比。試驗結(jié)果表明：無論是把泡沫鋁作為底板材料還是夾心材料都能減小次生沖擊波的超壓。 泡沫鋁受到爆炸載荷作用時發(fā)生塑性變形，這種變形是不可恢復

3、的，而高聚物泡沫在爆炸載荷作用時盡管也變形，但變形一部分是可以恢復的，因此相對延長了超壓波的作用時間，超壓沖量衰減的相對沒有泡沫鋁結(jié)構(gòu)那么多。 利用大型工程數(shù)值軟件LS-DYNA數(shù)值模擬了爆炸載荷下泡沫鋁的沖擊波衰減特性。泡沫鋁的波阻抗比較低，泡沫鋁在爆炸載荷作用下從上到下發(fā)生壓縮變形。這與其在準靜態(tài)和動態(tài)情況下泡沫鋁均勻的變形模式不同。 對不同泡沫鋁結(jié)構(gòu)的抗爆性能模擬的結(jié)果表明，采用泡沫鋁作為底板材料，能大大降低底板的

4、質(zhì)點速度，從而減小次生沖擊波的超壓。如果把泡沫鋁作為夾心結(jié)構(gòu)，則能減輕結(jié)構(gòu)的重量，充分發(fā)揮泡沫鋁的吸能作用，減小結(jié)構(gòu)的整體彎曲變形，降低底板的質(zhì)點速度，有效地哀減次生沖擊波的峰值和沖量。 對不同密度、不同基體性能的泡沫鋁中沖擊波的衰減規(guī)律的數(shù)值模擬，結(jié)果表明高密度的泡沫鋁的沖擊波哀減系數(shù)比低密度泡沫鋁的大。脆性泡沫相對韌性泡沫能更好的衰減沖擊波的峰值、降低結(jié)構(gòu)后的次生沖擊波的強度、改變沖擊波的形狀、大大降低沖擊波的峰值應(yīng)力。

5、 通過對三種不同波阻抗的泡沫鋁的六種排列的抗爆震性能的數(shù)值模擬給出了優(yōu)化設(shè)計。不同波阻抗的材料的排列次序不同，空氣中的次生沖擊波超壓也不同。波阻抗按照從小大小的順序排列的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的整體變形最小，結(jié)構(gòu)后面的空氣中次生沖擊波也最小。而波阻抗按照從大到小的順序排列的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的整體變形最大，結(jié)構(gòu)后面的空氣中次生沖擊波超壓也最大。 對沖擊波在波阻抗梯度功能材料的傳播規(guī)律的數(shù)值模擬的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于波阻抗梯度泡沫鋁的應(yīng)用要看具體情況而