兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3580-3589.doi: 10.12382/bgxb.2023.0645
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
潘腾1, 卞晓兵1, 袁名正1, 王亮亮2, 黄元2, 黄广炎1,3, 张宏1,3,*()
收稿日期:
2023-07-12
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
基金资助:
PAN Teng1, BIAN Xiaobing1, YUAN Mingzheng1, WANG Liangliang2, HUANG Yuan2, HUANG Guangyan1,3, ZHANG Hong1,3,*()
Received:
2023-07-12
Online:
2023-12-30
摘要:
提高防爆装备的抗爆性能已经成为热门的研究课题,目前的防爆装备主要采用金属制成,一般重量大,采用点阵夹芯结构可以实现轻量化。点阵夹芯结构具有良好的能量吸收效率和在高应变率下的优异力学性能,但以往的防爆研究未考虑过不易变形的半球型点阵,复合了聚氨酯泡沫的抗爆夹芯结构研究更为少见。鉴于此,结合聚氨酯泡沫缓冲吸能以及半球结构的拱形抗变形能力提出一种新型的聚氨酯-半球夹芯结构,并且采用实验和数值模拟相结合的方法对聚氨酯-半球夹芯结构在爆炸冲击波载荷下的动态响应进行研究。研究结果表明,在500g TNT当量0.65m爆炸冲击下,相近面密度的聚氨酯-半球夹芯结构中心点位移最小,相较于铝板和纯半球夹芯板分别减小了30%和35%,纯半球夹芯板虽然吸能最多但是变形最大,聚氨酯-半球夹芯结构和铝板的吸能分别为纯半球夹芯板的85%和63%,相较于铝板,聚氨酯-半球夹芯结构在保证能量吸收效率的同时能有效减少靶板速度和应力集中。
中图分类号:
潘腾, 卞晓兵, 袁名正, 王亮亮, 黄元, 黄广炎, 张宏. 爆炸冲击波作用下聚氨酯-半球夹芯结构的动态响应[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3580-3589.
PAN Teng, BIAN Xiaobing, YUAN Mingzheng, WANG Liangliang, HUANG Yuan, HUANG Guangyan, ZHANG Hong. Dynamic Response of Polyurethane-hemisphere Sandwich Structure under Action of Explosive Shock Wave[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3580-3589.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
E/GPa | 71 | D1 | -0.77 |
G/GPa | 26.69 | D2 | 1.45 |
v | 0.33 | D3 | -0.47 |
A/MPa | 256 | D4 | 0 |
B/MPa | 113.8 | D5 | 1.6 |
n | 0.42 | ρ/(kg·m-3) | 2703 |
C | 0.002 | C1 | 5240 |
m | 1.34 | S1 | 1.4 |
Tmelt/K | 877.6 |
表2 AL6061-T6的材料参数[19]
Table 2 Material parameters of AL6061-T6[19]
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
E/GPa | 71 | D1 | -0.77 |
G/GPa | 26.69 | D2 | 1.45 |
v | 0.33 | D3 | -0.47 |
A/MPa | 256 | D4 | 0 |
B/MPa | 113.8 | D5 | 1.6 |
n | 0.42 | ρ/(kg·m-3) | 2703 |
C | 0.002 | C1 | 5240 |
m | 1.34 | S1 | 1.4 |
Tmelt/K | 877.6 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
E/kPa | 3.38×104 | σm/Pa | 5×105 |
ρ/(kg·m-3) | 200 | DAMP | 0.1 |
v | 0.13 |
表3 硬质聚氨酯泡沫材料参数
Table 3 Material parameters of rigid polyurethane foam
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
E/kPa | 3.38×104 | σm/Pa | 5×105 |
ρ/(kg·m-3) | 200 | DAMP | 0.1 |
v | 0.13 |
靶板类型 | 最终位移/mm |
---|---|
4.5mm厚铝板 | 17.4 |
纯半球夹芯板 | 19.0 |
聚氨酯-半球夹芯结构 | 12.2 |
表4 激光位移传感器观测到靶板中心点最终位移
Table 4 Final displacement of center point of target plate observed by laser displacement sensor
靶板类型 | 最终位移/mm |
---|---|
4.5mm厚铝板 | 17.4 |
纯半球夹芯板 | 19.0 |
聚氨酯-半球夹芯结构 | 12.2 |
靶板名称 | 4.5mm厚铝板 | 纯半球夹 芯板 | 聚氨酯-半 球夹芯结构 |
---|---|---|---|
最大应力/MPa | 330 | 345 | 306 |
表5 3种靶板的最大应力
Table 5 Maximum stress of three types of target plates
靶板名称 | 4.5mm厚铝板 | 纯半球夹 芯板 | 聚氨酯-半 球夹芯结构 |
---|---|---|---|
最大应力/MPa | 330 | 345 | 306 |
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doi: 10.1016/j.compositesa.2019.105502 URL |
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