兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 682-690.doi: 10.12382/bgxb.2022.1009
李泽昊1,2(), 徐文龙1(), 王成3(), 贾时雨3(), 穴胜鹏1(), 马东3()
收稿日期:
2022-11-01
上线日期:
2022-12-27
作者简介:
李泽昊(2002—),男,本科生,研究方向为冲击动力学。E-mail:lizehao@mail.sdu.edu.cn; |
王成(1972—),男,教授,博士生导师,研究方向为爆炸力学。E-mail:wangcheng@bit.edu.cn; |
贾时雨(1994—),女,博士研究生,研究方向为爆炸力学。E-mail:15947310917@163.com; |
穴胜鹏(1996—),男,硕士研究生,研究方向为冲击动力学。E-mail:xsp9981@163.com; |
马东(1989—),男,博士研究生,研究方向为爆炸力学。E-mail:872573818@qq.com; |
基金资助:
LI Zehao1,2(), XU Wenlong1(), WANG Cheng3(), JIA Shiyu3(), XUE Shengpeng1(), MA Dong3()
Received:
2022-11-01
Online:
2022-12-27
摘要:
针对装甲车、舰船等武器装备冲击碰撞防护需求,提出一种气凝胶夹芯冲击吸能结构,采用一级轻气炮系统,结合力传感器、高速摄像及数字图像相关技术,研究10.4 m/s、15.4 m/s、19.0 m/s共3种较高冲击速度下7种气凝胶夹芯结构冲击吸能特性。研究结果表明:随着冲击速度的增加,7种气凝胶夹芯结构的峰值碰撞力、压垮距离、比吸能、平均碰撞力均逐渐增大;相同冲击速度下,随着气凝胶层厚度的增加,气凝胶夹芯结构的比吸能逐渐增大,峰值碰撞力呈下降趋势,碰撞力效率总体变化较小;在研究范围内,较大的气凝胶层厚度有利于结构冲击吸能特性的提高,同时避免过大峰值碰撞力对防护人员或装备的损伤。
李泽昊, 徐文龙, 王成, 贾时雨, 穴胜鹏, 马东. 气凝胶夹芯结构冲击吸能实验研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 682-690.
LI Zehao, XU Wenlong, WANG Cheng, JIA Shiyu, XUE Shengpeng, MA Dong. Experimental Study of Impact Energy Absorption of Aerogel Sandwich Structures[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(3): 682-690.
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 9.7 | 5.9 | 16.1 | 5.3 | 54.5 |
v2=15.4 | 14.6 | 6.6 | 28.7 | 8.3 | 56.9 |
v3=19.0 | 22.8 | 7.3 | 48.8 | 12.9 | 56.6 |
表1 不同冲击速度下气凝胶夹芯板冲击性能指标 (Ta=10.0 mm)
Table 1 Impact performance indicators of the aerogel sandwich structure under different impact speeds (Ta=10.0 mm)
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 9.7 | 5.9 | 16.1 | 5.3 | 54.5 |
v2=15.4 | 14.6 | 6.6 | 28.7 | 8.3 | 56.9 |
v3=19.0 | 22.8 | 7.3 | 48.8 | 12.9 | 56.6 |
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 7.3 | 6.8 | 18.5 | 4.4 | 61.0 |
v2=15.4 | 12.0 | 9.2 | 41.3 | 7.3 | 60.6 |
v3=19.0 | 19.7 | 9.6 | 64.9 | 11.1 | 56.4 |
表2 不同冲击速度下气凝胶夹芯板冲击性能指标 (Ta=14.0 mm)
Table 2 Impact performance indicators of the aerogel sandwich structure under different impact speeds (Ta=14.0 mm)
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 7.3 | 6.8 | 18.5 | 4.4 | 61.0 |
v2=15.4 | 12.0 | 9.2 | 41.3 | 7.3 | 60.6 |
v3=19.0 | 19.7 | 9.6 | 64.9 | 11.1 | 56.4 |
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 6.2 | 9.5 | 29.9 | 4.1 | 66.7 |
v2=15.4 | 10.8 | 11.8 | 64.5 | 7.2 | 66.5 |
v3=19.0 | 19.3 | 12.1 | 94.8 | 10.2 | 52.8 |
表3 不同冲击速度下气凝胶夹芯板冲击性能指标 (Ta=18.0 mm)
Table 3 Impact performance indicators of the aerogel sandwich structure under different impact speeds (Ta=18.0 mm)
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 6.2 | 9.5 | 29.9 | 4.1 | 66.7 |
v2=15.4 | 10.8 | 11.8 | 64.5 | 7.2 | 66.5 |
v3=19.0 | 19.3 | 12.1 | 94.8 | 10.2 | 52.8 |
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 6.6 | 10.2 | 37.6 | 4.2 | 63.5 |
v2=15.4 | 10.9 | 11.9 | 72.9 | 7.0 | 64.0 |
v3=19.0 | 17.4 | 12.2 | 96.2 | 8.9 | 50.9 |
表4 不同冲击速度下气凝胶夹芯板冲击性能指标 (Ta=20.0 mm)
Table 4 Impact performance indicators of the aerogel sandwich structure under different impact speeds (Ta=20.0 mm)
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 6.6 | 10.2 | 37.6 | 4.2 | 63.5 |
v2=15.4 | 10.9 | 11.9 | 72.9 | 7.0 | 64.0 |
v3=19.0 | 17.4 | 12.2 | 96.2 | 8.9 | 50.9 |
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 5.6 | 11.9 | 44.3 | 3.7 | 65.7 |
v2=15.4 | 11.9 | 14.7 | 87.9 | 5.9 | 49.3 |
v3=19.0 | 15.1 | 14.8 | 113.4 | 7.5 | 49.5 |
表5 不同冲击速度下气凝胶夹芯板冲击性能指标 (Ta=22.0 mm)
Table 5 Impact performance indicators of the aerogel sandwich structure under different impact speeds (Ta=22.0 mm)
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 5.6 | 11.9 | 44.3 | 3.7 | 65.7 |
v2=15.4 | 11.9 | 14.7 | 87.9 | 5.9 | 49.3 |
v3=19.0 | 15.1 | 14.8 | 113.4 | 7.5 | 49.5 |
冲击速度/(m•s) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 5.8 | 13.6 | 49.1 | 2.9 | 49.9 |
v2=15.4 | 11.3 | 15.3 | 108.8 | 5.7 | 50.4 |
v3=19.0 | 14.5 | 15.6 | 145.2 | 7.4 | 51.2 |
表6 不同冲击速度下气凝胶夹芯板冲击性能指标 (Ta=24.0 mm)
Table 6 Impact performance indicators of the aerogel sandwich structure under different impact speeds (Ta=24.0 mm)
冲击速度/(m•s) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 5.8 | 13.6 | 49.1 | 2.9 | 49.9 |
v2=15.4 | 11.3 | 15.3 | 108.8 | 5.7 | 50.4 |
v3=19.0 | 14.5 | 15.6 | 145.2 | 7.4 | 51.2 |
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 5.5 | 14.0 | 54.8 | 2.6 | 46.1 |
v2=15.4 | 9.1 | 15.5 | 109.3 | 4.6 | 50.6 |
v3=19.0 | 16.7 | 15.8 | 192.6 | 7.8 | 46.7 |
表7 不同冲击速度下气凝胶夹芯板冲击性能指标 (Ta=26.0 mm)
Table 7 Impact performance indicators of the aerogel sandwich structure under different impact speeds (Ta=26.0 mm)
冲击速度/(m•s-1) | 峰值力/kN | 压垮距离/mm | 比吸能/(J•kg-1) | 平均碰撞力/kN | 碰撞力效率/% |
---|---|---|---|---|---|
v1=10.4 | 5.5 | 14.0 | 54.8 | 2.6 | 46.1 |
v2=15.4 | 9.1 | 15.5 | 109.3 | 4.6 | 50.6 |
v3=19.0 | 16.7 | 15.8 | 192.6 | 7.8 | 46.7 |
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