设计参数对负泊松比结构抗爆性能的影响研究

陶晓晓，孙晓旺，石 文，王显会，罗小丽

(1.南京理工大学， 南京 210094； 2.内蒙古第一机械集团股份有限公司， 内蒙古 包头 014030)

在当前世界以非对称作战为主的战争模式中，军用车辆执行战场任务时面临的主要威胁之一是简易爆炸物(improvised explosive device,IED)和地雷爆炸产生的爆炸冲击波[1]。爆炸冲击波首先作用于车辆底部，对车辆产生剧烈的冲击，这种冲击作用通过车内结构传递到车内载员，造成载员的生理损伤[2]。

负泊松比材料是一种新型的多胞材料，轴向受压时，材料会产生径向收缩；轴向受拉时，材料会产生径向膨胀，其泊松比与常规材料相反，因此称为负泊松比材料[3]。负泊松比蜂窝是一种特殊的多孔材料，大量研究表明[4-8]，负泊松比蜂窝夹层结构有良好的减震、吸能、抗冲击作用，在各类结构物的抗爆炸防护方面具有广阔的应用前景。Lan等[9]通过数值仿真比较了泡沫铝芯、六角形蜂窝芯及负泊松比蜂窝芯圆柱夹芯板在爆炸环境下的动态响应，研究发现含负泊松比蜂窝芯的圆柱面板具有更好的抗爆性能。Wang等[10]将负泊松比蜂窝芯层应用在车门上，很大程度地提高了车门的侧爆防护性能。Jin等[7]对比研究了爆炸冲击下功能梯度负泊松比蜂窝芯层、未分级蜂窝芯层和规则排列蜂窝芯层的结构响应，发现分级蜂窝芯层及交叉排列蜂窝芯层能够显著提高夹芯层结构的抗爆性能。

为深入研究负泊松比蜂窝芯层结构抗爆炸冲击性能与蜂窝芯层主要设计参数的关系，本文建立了爆炸环境下的负泊松比蜂窝夹层结构的有限元模型，通过仿真得到了芯层主要设计参数，如胞元长度、胞元高度、胞元夹角、胞壁厚度和芯层梯度等，对夹芯结构抗爆炸性能的影响。……