陶瓷/泡沫铝/铝合金抗线性射流侵彻性能分析及结构优化

为探讨新型复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析,并从不同组合的面、背板厚度比和泡沫铝夹芯厚度两方面,研究了该复合装甲能量吸收规律、应力波衰减规律。结果表明:同一厚度比下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度与应力波峰值都呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,厚度比增大时,泡沫铝及装甲结构吸收的能量先增加后减小,泡沫铝厚度为2.4 mm、厚度比为1.25时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最好。     

陶瓷/泡沫铝/铝合金复合装甲抗射流侵彻性能

为研究泡沫铝复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析。从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明,泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度。同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度减小。泡沫铝厚度为2.4 mm时,射流头部剩余速度最低,复合装甲能量吸收最多,抗侵彻性能最优。同一泡沫铝厚度下,随着t_1/t_2值的增大,接触式复合装甲与间隔式复合装甲的射流头部剩余速度均先降低后增加。t_1/t_2=1时,间隔式复合装甲的抗侵彻性能最优。当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲抗射流侵彻性能的差别较小。随着倾角θ的增大,复合装甲的防护性能先增强后降低。倾角为20°时,复合装甲抗射流侵彻性能最优。     

铝泡沫夹层结构抗爆炸性能仿真分析及优化

对6种铝泡沫夹层结构的抗爆炸性能进行了有限元分析,从变形模式、运动响应和吸能特性等方面对比研究了6种夹层结构的动态响应特性。结果表明铝合金-铝泡沫-高强度装甲钢夹层复合结构的抗爆炸性能最优,且铝泡沫芯体密度对夹层结构的动态响应有较大影响。应用自适应响应面方法,建立了典型夹层结构的基于动力有限元分析的优化设计模型,对夹层结构的面板、背板、芯体厚度进行了整体优化,使铝泡沫夹层结构的抗爆炸性能明显改善,这对抗爆炸结构的工程设计具有一定指导意义。     

应力波在多层介质中传播特性数值分析

通过与相关文献结果的对比,在验证了数值模拟应力波传播可行性的基础上,比较了应力波通过3层花岗岩和夹层为泡沫铝的3层介质后,发现后者应力波幅值的衰减远大于前者,应变能增加为前者的1．6倍,证明了软夹层在研究的速度量级上对能量耗散具有显著作用;在入射波波长为3层介质总厚度1／2的条件下,当泡沫铝的厚度占总厚度约0．2时,得出了3层介质的应变能约为系统总能量的60％,此时入射波波长为泡沫铝厚度的2．5倍,组合介质获得较佳的衰减性能．     

复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟

采用LS-DYNA显式非线动力有限元程序,数值模拟了内置柱壳/组簧和泡沫铝夹层的防爆罐在3 kg TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能。结果表明:该防爆罐内壁面压力载荷呈现多次脉动特征。比冲量载荷经历数次阶跃上升。柱壳/组簧结构可以将爆炸能量更加均匀地传递给泡沫铝吸能夹层,在保证防爆罐内筒不发生塑性变形的前提下,可使泡沫铝的吸能效率显著提高。定量分析防爆罐内部各物质、各结构间的能量转化与吸收,表明泡沫铝夹层可通过卸载动能和透射应力波的形式较好吸收、转移内层钢板所获得的冲击能量。     

高g值冲击下泡沫铝填充铝壳轴压特性

针对弹载测控装置因承受高g值冲击而发生失效的问题,将不同厚度铝壳和不同密度的泡沫铝填充结构用于其缓冲保护,采用含有偏心率因子的直链塑性铰模型分析了铝壳在轴向高g值冲击加速度作用下的压溃特性,通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了结构在轴向冲击下的动力屈曲行为,讨论了铝壳厚度以及泡沫铝密度对泡沫铝填充铝壳结构力学性能的影响。仿真结果表明:在铝壳内填充泡沫铝,提高了结构的平均压溃力,改善了轴向压溃载荷波形。铝壳的偏心率因子不随铝壳厚度变化而变化。     

警用轻质复合防弹材料的制备及性能研究

以泡沫铝为夹芯材料,将其置于两块偏薄的铝板间,用胶粘法将铝板和夹芯材料连接,制备不同板厚和泡沫铝密度的两种(1#和2#)警用轻质复合防弹材料,用不同密度泡沫铝子弹进行冲击试验,研究该材料的抗弯性、冲击断裂性等.结果表明:两种试件均在三点弯曲试验中脆性断裂,1、2#试件的最大抗弯载荷分别为621、743 N,2#试件的抗弯性能较好;冲击断裂测试中,1#试件断裂、2#试件严重变形,最大冲击载荷分别为466、498 N,增加板厚和夹芯材料密度能提升试件抗冲击性能;泡沫铝子弹密度越大,冲击伤害越大,1、2#试件均有良好消耗子弹动能的能力.     

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。     

泡沫夹层对自冲铆接头力学性能的影响

为探究泡沫夹层对自冲铆接头力学性能的影响,制备以AA5052铝合金为基板,泡沫镍、泡沫铜为夹层的自冲铆接头;通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷、失效位移及能量吸收能力,分析接头的失效形式及宏观失效机理;运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行分析。结果表明:泡沫夹层对接头的成形质量影响显著,可增大接头的钉脚张开度,改善应力分布;1 mm泡沫镍夹层使接头静失效载荷增加8.9%;随着泡沫镍夹层厚度的增加,夹层结构自冲铆接头的抗拉强度呈降低趋势,但能量吸收值相对提升;泡沫铜夹层相对降低了接头的失效位移和能量吸收值,且其厚度对自冲铆接头的静失效载荷影响显著,泡沫铜夹层越厚,接头静失效载荷越低。泡沫夹层结构自冲铆接头的失效模式为铆钉脱离下板。     

Propagation Characteristics of Plane Explosion Wave in Layered Concrete Media

Layered concrete media with different wave impedance materials under one-dimensional strain are studied by numerical simulation. The four typical prototypes are analyzed,including concrete foam,air,steel plate and concrete as the middle layer,and the upper and lower layers are concrete materials. The propagation characteristics of plane blast wave in the concrete structure are illustrated,including the propagation and attenuation of stress wave across the different interlayers,the wave reflection and transmission at layered interfaces,the peak value of stress in the lower concrete and the total energy distribution in various medium layers. The result shows that the role of soft interlayer in concrete structure is mainly due to its low wave impedance,the waveform of incident wave is changed,the stress wavelength is pull wide,the radial diffusion of energy is enhanced,and the stress amplitude of and the energy input into the third layer are reduced. Meanwhile,it has been also proved that the air interlayer is able to reduce the peak value of explosion wave which is obviously different from that of foamed material. As a result,it should be concerned about stress amplitude and energy in order to get the best protective structure.     

冲击载荷作用下多孔材料符合结构防爆理论计算

多孔材料具有减震和吸收冲击能量的特点，但是单一的多孔材料强度较低，为降低爆炸冲击载荷对结构的破坏，在混凝土墙壁或者两层装甲钢板中间添加一层或者几层多孔吸能材料（多孔聚氨酯、泡沫铝、铁等）构成多层复合抗爆结构，实现防爆和衰减冲击波的功能。当炸药爆炸驱动飞片高速冲击多层复合结构时，多孔材料产生塑性变形被压实。由于多孔材料冲击波阻抗很低，能够大大地削减应力波的强度。在这个过程中，飞片的冲击能量被减小，和单层结构相比，防爆能力被提高。为研究多层复合结构的防爆机理，应用冲击载荷下的材料动态本构关系，对冲击波在“钢板一多孔材料一钢板”3层介质中的传播规律和各层介质中的冲击载荷进行甘算，并对应力波在多孔材料复合结构中的衰减变化过程进行一维理论分析。     

泡沫铝材料防护性能的数值模拟

为了解不同材料参数对防护结构防护性能的影响,对泡沫铝材料防护性能的数值进行模拟.针对应用AUTOUDYN软件数值模拟单一泡沫铝作防护材料时对爆炸冲击波的衰减特性,设计防护结构为圆柱形的3维实体,根据圆柱形轴对称的特性,建立2维仿真简化模型,采用2维欧拉多物质算法数值模拟单一泡沫铝圆柱形防护结构,得出其对爆炸冲击波的衰减效果.结果表明:泡沫铝对冲击波有着显著的衰减作用,可为泡沫铝在相关复合防护结构中的应用提供参考.     

典型泡沫铝夹芯材料的枪弹侵彻仿真与实验

为考察枪弹打击下三明治型泡沫铝夹芯材料的防护性能,采用仿真分析与实弹打击试验相结合的方法,研究7.62 mm枪弹对不同面板配置泡沫铝夹芯材料的打击效果.结果表明:增加泡沫铝芯层后,金属层合材料的抗侵彻性能有大幅提升;入射、出射面板总厚度一致情况下,增大入射面板厚度能改善材料整体抗侵彻能力;入射和出射面板为Q235钢且芯层为均质泡沫铝时,在面板总厚度8 mm、芯层厚50 mm的结构配置下能够有效防护以735 m/s速度入射的7.62 mm步枪弹.该研究可为泡沫铝夹芯材料在军用装备抗弹防护中的应用提供参考.     

连结状况对陶瓷复合装甲抗弹性能的影响

连结状况对陶瓷复合靶板抗弹性能的影响,从应力波角度分析.并在试验基础上,采用LS-DYNA程序数字模拟7.62mm穿甲子弹不同工况下侵彻陶瓷复合装甲,分析不同粘结剂和不同粘结层厚度的影响.背板波阻抗大于或接近陶瓷面板,有利于提高复合靶板的整体抗弹性能.波阻抗较大的材料,有利于压缩波的透射.合适的粘结层厚度能使陶瓷保持完整性,延缓陶瓷锥的形成,并扩大背板塑性变形区.     

破片与冲击波联合作用下多孔泡沫铝夹芯复合材料板的防护性能

多孔泡沫铝钛合金板不仅克服了传统防护结构质量大、运输不便等缺点,还具有耐疲劳、比强度高等优点,对抗爆防护材料轻质化、高效化具有十分重要的意义。采用有限元仿真分析软件LS-DYNA,对夹芯复合材料板在冲击波与破片联合作用下的失效模式和防护性能展开了数值模拟,对比分析了不同排列方式下泡沫铝夹芯结构对背板变形程度的影响。结果表明：在40 cm爆距下,破片会先于冲击波对靶板进行作用,且破片载荷强度远大于冲击波载荷强度;当厚度方向的结构按照“1 mm厚钛合金面板+10 mm厚泡沫铝+10 mm厚泡沫铝+10 mm厚纤维+1 mm厚钛合金背板”排列时,背板变形位移最小,结构总内能最高,分别为13.9 mm和52.7 kJ,此工况可以更有效地降低结构整体变形程度,吸收面板变形所产生的能量。