双层泡沫铝夹芯板抗冲击性能数值研究

邓旭辉，李亚斌

双层泡沫铝夹芯板抗冲击性能数值研究

邓旭辉，李亚斌

(湘潭大学 土木工程与力学学院，湖南 湘潭 411105)

泡沫铝材料具有轻质高强和吸能比高等特性常用于抗爆结构。为研究双层泡沫铝夹芯板在冲击荷载下的动力学响应，建立TNT炸药-双层泡沫铝夹芯板-空气的三维有限元模型，采用ALE多物质流固耦合算法分析双层泡沫铝板在冲击荷载作用下的弹塑性变形机理、能量吸收特性。研究结果表明：在相同加载条件下，双层泡沫铝夹芯板要比单层泡沫铝夹芯板有着更强的抗冲击性能；随着面板厚度的增加，泡沫铝板在冲击荷载作用下的塑性变形明显减小，结构的整体安全性增加，但是整体吸能缺减小；上层面板与上夹芯层占结构总吸能较大；正梯度板结构要优越于相同厚度的面板结构，为设计优质抗冲击双层泡沫铝板提供参考依据。

泡沫铝；双层夹芯板；爆炸荷载；能量吸收特性；数值仿真

泡沫铝作为一种新型多孔材料具有相对密度轻、强度高、吸能比高等优良特性的新型工程材料，越来越多地被用于抗爆结构。其工作机理是当夹芯结构受到冲击荷载，夹芯产生压缩变形，从而吸收大量的能量，进而能够抵抗较大的能量冲击[1-4]。其优异的结构特性引起了国内外学者的广泛关注。Vaziri等[5]比较了金属夹层板与相同重量的实心板的抗冲击性，发现夹层板在冲击载荷下表现出优异的机械性能。Radford等[6]对面板为钢板、泡沫芯层为铝合金的夹芯板进行了冲击实验和有限元模拟，结果表明泡沫铝结构能耗散更多的冲击能量从而减少后面板的挠度，增加面板或芯层的厚度均能提高整体的抗形变能力。……