兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3884-3896.doi: 10.12382/bgxb.2022.0729
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
赵猛1, 戴开达1,*(), 向召2, 姜涛1, 赵晓松1, 徐豫新1
收稿日期:
2022-08-19
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
ZHAO Meng1, DAI Kaida1,*(), XIANG Zhao2, JIANG Tao1, ZHAO Xiaosong1, XU Yuxin1
Received:
2022-08-19
Online:
2023-12-30
摘要:
为研究近爆荷载下聚氯乙烯(PVC)泡沫夹芯板动态响应,对PVC泡沫夹芯板变形的3个阶段进行分析,推导考虑面板局部化特征的变形挠曲面函数,建立了考虑面板和夹芯的弯矩和膜力效应对变形影响的单自由度刚塑性动力学模型。利用非线性数值计算软件,计算不同面板和夹芯厚度的PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应,分析面板变形和速度变化,验证了动力学模型中各阶段面板和夹芯的受力和运动情况。研究结果表明:建立的挠曲面函数能反映近爆荷载下面板的局部化特征,且在变形过程中面板的局部化程度不断减弱;基于动力学模型计算的面板中点挠度和速度时程曲线与数值计算结果较为吻合且面板中点挠度与实验结果误差较小,该动力学模型可以有效预测PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应。
中图分类号:
赵猛, 戴开达, 向召, 姜涛, 赵晓松, 徐豫新. 近爆荷载下聚氯乙烯泡沫夹芯板的动力学模型研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3884-3896.
ZHAO Meng, DAI Kaida, XIANG Zhao, JIANG Tao, ZHAO Xiaosong, XU Yuxin. A Dynamics Model of PVC Foam Sandwich Panels under Close-in Blast Loading[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3884-3896.
Johnson-Cook参数 | 数值 | Johnson-Cook参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 7900 | c | 0.07 | |
K/GPa | 166.7 | m | 1 | |
G/GPa | 77.0 | Tr/K | 293 | |
A/MPa | 310 | Tm/K | 1673 | |
B/MPa | 1000 | ε/s-1 | 1 | |
n/ | 0.65 |
表1 304不锈钢的Johnson-Cook参数[22]
Table 1 Johnson-Cook parameters of 304 stainless steel[22]
Johnson-Cook参数 | 数值 | Johnson-Cook参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 7900 | c | 0.07 | |
K/GPa | 166.7 | m | 1 | |
G/GPa | 77.0 | Tr/K | 293 | |
A/MPa | 310 | Tm/K | 1673 | |
B/MPa | 1000 | ε/s-1 | 1 | |
n/ | 0.65 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
密度/(kg·m-3) | 250 | 拉伸模量/MPa | 320 | |
压缩强度/MPa | 7.2 | 剪切强度/MPa | 4.5 | |
压缩模量/MPa | 400 | 剪切模量/MPa | 97 | |
拉伸强度/MPa | 9.2 |
表2 PVC泡沫(H250)的材料参数[13]
Table 2 Material properties of PVC foam (H250)[13]
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
密度/(kg·m-3) | 250 | 拉伸模量/MPa | 320 | |
压缩强度/MPa | 7.2 | 剪切强度/MPa | 4.5 | |
压缩模量/MPa | 400 | 剪切模量/MPa | 97 | |
拉伸强度/MPa | 9.2 |
工况 | 前面 板厚 度/mm | 后面 板厚 度/mm | 夹芯 | 夹芯 厚度/ mm | 面板 尺寸/ mm | 面密度/ (kg·m-2) |
---|---|---|---|---|---|---|
USP-1 | 1.38 | 1.38 | H250 | 14 | 300 × 288 | 25.17 |
USP-2 | 0.9 | 1.38 | H250 | 14 | 300 × 288 | 21.40 |
USP-3 | 1.8 | 1.38 | H250 | 14 | 300 × 288 | 28.46 |
USP-4 | 1.38 | 0.9 | H250 | 14 | 300 × 288 | 21.40 |
USP-5 | 1.38 | 1.8 | H250 | 14 | 300 × 288 | 28.46 |
USP-6 | 1.38 | 1.38 | H250 | 9 | 300 × 288 | 23.92 |
USP-7 | 1.38 | 1.38 | H250 | 20 | 300 × 288 | 26.67 |
表3 有限元模拟工况[14]
Table 3 Finite element modelling conditons[14]
工况 | 前面 板厚 度/mm | 后面 板厚 度/mm | 夹芯 | 夹芯 厚度/ mm | 面板 尺寸/ mm | 面密度/ (kg·m-2) |
---|---|---|---|---|---|---|
USP-1 | 1.38 | 1.38 | H250 | 14 | 300 × 288 | 25.17 |
USP-2 | 0.9 | 1.38 | H250 | 14 | 300 × 288 | 21.40 |
USP-3 | 1.8 | 1.38 | H250 | 14 | 300 × 288 | 28.46 |
USP-4 | 1.38 | 0.9 | H250 | 14 | 300 × 288 | 21.40 |
USP-5 | 1.38 | 1.8 | H250 | 14 | 300 × 288 | 28.46 |
USP-6 | 1.38 | 1.38 | H250 | 9 | 300 × 288 | 23.92 |
USP-7 | 1.38 | 1.38 | H250 | 20 | 300 × 288 | 26.67 |
时间/μs | 24 | 42 | 80 | 140 | 200 | 280 |
---|---|---|---|---|---|---|
θ | 716.0 | 189.6 | 57.9 | 30 | 17.7 | 12.1 |
表4 变形数据的拟合结果
Table 4 Fitted results of deformation data
时间/μs | 24 | 42 | 80 | 140 | 200 | 280 |
---|---|---|---|---|---|---|
θ | 716.0 | 189.6 | 57.9 | 30 | 17.7 | 12.1 |
况 | 前面板中点挠度/mm | 后面板中点挠度/mm | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
实验 结果 | 计算 结果 | 相对 误差/% | 实验 结果 | 计算 结果 | 相对 误差/% | |
USP-1 | 21.74 | 21.64 | 0.46 | 24.56 | 22.30 | 9.20 |
USP-2 | 26.06 | 29.14 | 11.82 | 26.89 | 25.60 | 4.80 |
USP-3 | 17.74 | 18.01 | 1.52 | 18.38 | 20.04 | 9.03 |
USP-4 | 23.52 | 24.26 | 3.15 | 24.62 | 27.70 | 12.51 |
USP-5 | 21.20 | 20.09 | 5.24 | 20.64 | 18.88 | 8.53 |
USP-6 | 20.70 | 22.50 | 8.70 | 24.18 | 24.74 | 2.32 |
USP-7 | 24.00 | 20.68 | 13.83 | 19.08 | 19.18 | 0.52 |
表5 理论计算结果和实验结果对比
Table 5 Comparison of theoretically calculated and experimental results
况 | 前面板中点挠度/mm | 后面板中点挠度/mm | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
实验 结果 | 计算 结果 | 相对 误差/% | 实验 结果 | 计算 结果 | 相对 误差/% | |
USP-1 | 21.74 | 21.64 | 0.46 | 24.56 | 22.30 | 9.20 |
USP-2 | 26.06 | 29.14 | 11.82 | 26.89 | 25.60 | 4.80 |
USP-3 | 17.74 | 18.01 | 1.52 | 18.38 | 20.04 | 9.03 |
USP-4 | 23.52 | 24.26 | 3.15 | 24.62 | 27.70 | 12.51 |
USP-5 | 21.20 | 20.09 | 5.24 | 20.64 | 18.88 | 8.53 |
USP-6 | 20.70 | 22.50 | 8.70 | 24.18 | 24.74 | 2.32 |
USP-7 | 24.00 | 20.68 | 13.83 | 19.08 | 19.18 | 0.52 |
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