泡沫铝复合结构的应力波防护性能研究

为研究泡沫铝复合结构对应力波的防护能力,利用传统和改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同相对密度及不同厚度组合的泡沫铝-铝板复合结构进行冲击试验。研究结果表明：泡沫铝作为夹层,可使入射波分多次传到背板,延迟应力波到达时间,降低了应力波强度。随着泡沫铝夹层厚度的增加,应力波衰减效果明显。泡沫铝-铝板复合结构作为面板,应力波的加载方式发生变化,上升沿得到改善,脉冲宽度增大,最大应力幅值降低,同时吸收大量冲击能,是一种良好的应力波防护材料。增大复合结构中泡沫铝厚度,应力波的上升沿时间延长、斜率减小,应力幅值降低,但脉冲宽度变化不大;铝板厚度对应力波传播影响较小。随着泡沫铝相对密度的增加,经泡沫铝-铝板复合结构作用后,应力波的上升斜率减小,最大应力幅值降低,但脉冲宽度和上升沿时间不变。     

爆炸载荷下泡沫铝夹芯板变形与破坏模式的实验研究

系统地开展了爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板变形与破坏的实验研究,获得了冲量45.6 N·s、 76.2 N·s、104.6 N·s、131.7 N·s、183.6 N·s 5种不同爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度,给出了泡沫铝夹芯板前面板、泡沫铝芯体和背面板在不同爆炸载荷作用下的变形与破坏模式,分析了泡沫铝芯体产生的剪切断裂和拉伸断裂两种不同机理。研究结果表明,泡沫铝芯体呈现“渐进式”压缩变形,泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度与爆炸冲量之间近似满足二次关系。     

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.     

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。     

泡沫铝的吸声性能初探

研究中对低压渗流制备方法进行了改进，并对制备的样品用驻波管法进行了吸声系数的测定。结果表明，样品随孔径的减小、空隙率的增大，综合吸声系数有增大的趋势。     

横向冲击载荷下泡沫铝夹芯双圆管的吸能研究

采用数值模拟的方法研究了在横向冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯双圆管结构的变形模态与吸能性能。分析了泡沫铝夹芯双圆管结构的几何参数、芯层材料的相对密度与冲击速度对其力学行为的影响。结果表明：冲击初始时刻,夹芯双圆管的冲击端由于塑性变形而吸收了大部分能量,之后主要依靠左右两端的弯曲变形来吸收能量;横向冲击载荷作用下,泡沫铝夹芯双圆管的比吸能随着外管直径与内管壁厚的增加或者泡沫铝芯层厚度的增加而增加;而随着外管壁厚与内管直径的增加,泡沫铝夹芯双圆管的比吸能减小;冲击速度小于30 m/s时,夹芯双圆管呈上下、左右对称的变形模态;大于此速度时,呈左右对称的变形模态,夹芯双圆管的比吸能随着冲击速度的增大而增大;芯层材料的相对密度越大,夹芯双圆管结构的比吸能也越大。     

泡沫铝层合结构球磨煤机筒体降噪性能仿真分析

为降低钢球磨煤机在运行过程中筒体产生的噪声,提出将泡沫铝用于球磨机筒体,依据原有结构设计了泡沫铝层合结构筒体,用声学软件Virtual.Lab对两种筒体内的声场进行声学边界元分析,得出两种结构筒体内壁声压分布图并进行比较。结果表明,泡沫铝层合结构筒体在降噪方面优越于原型筒体。     

泡沫铝复合结构的减载行为和机械滤波作用

为降低冲击载荷对车载武器系统光电仪器仪表的影响,利用泡沫铝材料阻尼特性良好的特点,设计制作了以泡沫铝为主体的复合结构。在力锤冲击的实验条件下,应用传感器测量复合结构层间载荷和表面加速度;与仿真计算结果的对比验证了实验方法的可行性和测试结果的可靠性。根据实验结果得到用于精密仪器仪表降噪和减振的泡沫铝复合结构。实验结果还表明,具有该动态特性的复合结构可以起到机械滤波器的作用。     

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...     

泡沫铝夹芯结构装甲车底板设计与性能分析

为提高装甲车越野机动性、安全防护和乘坐舒适性,取某U型截面装甲车底板为原型,设计泡沫铝夹芯底板,简化理想空气中地雷爆炸冲击波曲线,得到用于装甲车底板爆炸冲击仿真等效压力波数学模型,用多目标优化设计优化泡沫铝夹芯底板,用ANSYS有限元仿真软件,对原型结构和优化后泡沫铝夹芯底板在地雷爆炸载荷作用下的变形、应变、应力、吸能性及地雷爆炸产生的噪声车内声场强度仿真,进行对比分析.结果表明:相较于原型底板,泡沫铝夹芯底板的最大变形、应变、应力、声场强度、质量均有不同程度降低,吸能总量显著提高.证明泡沫铝夹芯底板对增强装甲车越野机动性、安全防护性和乘坐舒适性有效.     

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.     

泡沫铝和橡胶对测试仪器抗冲击波缓冲能力的仿真研究

为研究爆炸环境下测试仪器的安全性和可靠性,文中采用ANSYS仿真工具,以某小型战术导弹为模型,对比分析了泡沫铝材料和橡胶材料作为缓冲材料对测试仪器动态响应的影响情况.结果表明,无防护情况下,测试仪器将承受0.037Mbar的压力,这明显超出一般测试仪器对冲击的适用指标.采用泡沫铝作防护缓冲材料可以把压力降低到330bar,橡胶作防护缓冲材料则只能把压力降低到4500bar(绝对值).结果表明,泡沫铝的缓冲防护能力优于橡胶.     

不同弹形撞击下泡沫铝夹芯结构动力学性能研究

为研究不同弹形撞击下泡沫铝夹芯结构的动力学性能,通过空气炮发射方式分别开展了球形弹、锥头弹和平头弹撞击泡沫铝夹芯板试验。基于非线性动力有限元软件LS-DYNA进行了不同弹形撞击泡沫铝夹芯板的数值仿真,分析了不同弹形、不同速度对夹芯板吸能特性的影响。试验结果与仿真结果一致性较好,结果表明：锥头弹撞击变形模式与球头弹撞击变形模式基本相同,平头弹侵彻过程中产生较严重的冲塞破坏,前面板和后面板呈现撕裂破坏模式,侵彻后夹芯被压实部分泡沫铝粘接在后面板上;锥形弹头部尖锐,弹头与靶的接触区域小、侵彻力大,平头弹的弹头和靶的接触区域大、侵彻力小,但靶面破坏区域大且撞击后效更大,球头弹则居于二者之间;当速度较低时,改善前面板和夹芯板的厚度以及材料性能可以较好地提升泡沫铝夹芯板的性能;当速度较高时,后面板吸能比例逐渐增大,重点改善后面板的厚度和材料性能可以较好地改善夹芯板抗侵彻性能。     

复合材料面层-泡沫金属夹芯板的振动及吸能特性分析

在冲击载荷作用下,泡沫金属夹芯板沿厚度方向存在不可忽略的压缩和剪切变形,故经典层合板理论不适用于这类夹芯结构的分析,必须考虑芯层的横向压缩和剪切变形。利用高阶理论考虑芯层的横向剪切和正应变,应用Kirchhoff理论分析上下面层。采用哈密尔顿方程和加权伽辽金法获得夹芯结构振动方程;根据振动方程,边界条件和初始条件,利用4阶Runge-Kutta法,在冲击载荷作用下,求出复合材料面层-泡沫金属夹芯板在弹性变形阶段的横向动态位移,同时求出夹芯板的固有频率并与有限元计算结果进行比较,二者吻合很好。讨论不同复合材料面层铺设角、阻尼比及芯层厚度参数对夹芯结构振动特性的影响,结果表明：改变复合材料面层铺设角及芯层厚度,可改变夹芯结构的整体刚度,进而影响结构的振动特性;阻尼耗散结构能量,可加速结构振动的衰减。通过分析复合材料面层-泡沫金属夹芯板的能量吸收特性,得出了由于泡沫芯层承受横向压缩和剪切变形而具有良好吸能特性的结论。     

仿真预测泡沫铝弹道极限和弹丸侵彻冲击力

为考察泡沫铝在弹道冲击下的临界破坏,应用数值仿真方法分析预测平头弹侵彻泡沫铝的弹道极限速度以及弹丸冲击力大小.泡沫铝采用 LS-DYNA的 Mat26模型,输入参数基于材料力学测试,解算过程应用抑制"负体积"算法.对于研究设定的泡沫铝,其弹道极限速度为 59.7 m/s.研究结果表明:在侵彻初始阶段,平头弹冲击力最大;中后段冲击力均匀变小.侵彻初始泡沫铝破坏以压剪为主;侵彻后段当冲塞体被压实到一定程度,破坏以拉伸断裂为主.该研究有助于优化试验设计和理论分析.