
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10): 250505-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0505
收稿日期:2025-06-16
上线日期:2025-11-05
通讯作者:
基金资助:
JIA Di1, CHEN Chuanqing2, LI Xin1,*(
)
Received:2025-06-16
Online:2025-11-05
摘要: 负有效质量超材料的带隙特性是实现冲击波衰减的有效途径之一。对以“泡沫-振子”为芯层构建的夹芯复合结构开展了爆炸载荷下动力响应的数值模拟研究,分析了不同几何与载荷参数下结构的变形过程、接触力的时域与频域特征以及能量耗散规律。结果表明:振子尺寸的增大能有效减少芯层的压缩量;增加振子质量能降低结构局域共振频率,抑制中高频冲击波的传播,从而提高结构的抗爆能力;然而由于冲击波引发的振子惯性阻抗效应,前面板接触力峰值随振子尺寸的增大显著提升;在重力作用下,不同的加载方向对结构的爆炸响应影响较小。研究为负有效质量超材料的抗爆性能优化提供了有效参考。
贾迪, 陈传庆, 李鑫. 泡沫基负有效质量超材料抗爆性能的数值模拟[J]. 兵工学报, 2025, 46(10): 250505-.
JIA Di, CHEN Chuanqing, LI Xin. Numerical Simulation Study on the Blast Resistance of Foam Matrix Negative Effective Mass Metamaterials[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(10): 250505-.
| 模型 | 纯EVA | R2 | R4 | R6 | R8 |
|---|---|---|---|---|---|
| 振子半径/mm | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 |
| 泡沫尺寸/mm | 308×60×50 (长度×高度×厚度) | ||||
表1 结构几何参数表
Table 1 Structural geometric parameter table
| 模型 | 纯EVA | R2 | R4 | R6 | R8 |
|---|---|---|---|---|---|
| 振子半径/mm | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 |
| 泡沫尺寸/mm | 308×60×50 (长度×高度×厚度) | ||||
| 材料 | 密度/ (kg·m-3) | 弹性 模量/ GPa | 屈服 应力/ MPa | 泊松 比 | 应变率 参数 C/s-1 | 应变率 参数 P |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 不锈钢304 | 7900 | 193 | 310 | 0.3 | 100 | 10 |
| 铝6063 | 2730 | 70 | 48.7 | 0.33 | 128800 | 4 |
表2 不锈钢304与铝6063材料参数
Table 2 Material properties of stainless steel 304 and aluminum 6063
| 材料 | 密度/ (kg·m-3) | 弹性 模量/ GPa | 屈服 应力/ MPa | 泊松 比 | 应变率 参数 C/s-1 | 应变率 参数 P |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 不锈钢304 | 7900 | 193 | 310 | 0.3 | 100 | 10 |
| 铝6063 | 2730 | 70 | 48.7 | 0.33 | 128800 | 4 |
| 参数 | A/ Pa | B/ Pa | R1 | R2 | ω | E0/ (J·m-3) | V |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 数值 | 3.71×1011 | 3.21×109 | 4.15 | 0.95 | 0.3 | 7×109 | 1.0 |
表3 TNT状态方程参数
Table 3 Parameters of TNT equation of state
| 参数 | A/ Pa | B/ Pa | R1 | R2 | ω | E0/ (J·m-3) | V |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 数值 | 3.71×1011 | 3.21×109 | 4.15 | 0.95 | 0.3 | 7×109 | 1.0 |
| 参数 | C0、C1、C2、C3、C6 | C4、C5 | E0/(J·m-3) | V |
|---|---|---|---|---|
| 数值 | 0 | 0.4 | 2.58×105 | 1.0 |
表4 空气状态方程参数
Table 4 Parameters of air equation of state
| 参数 | C0、C1、C2、C3、C6 | C4、C5 | E0/(J·m-3) | V |
|---|---|---|---|---|
| 数值 | 0 | 0.4 | 2.58×105 | 1.0 |
| 模型 | 纯EVA | R2 | R4 | R6 | R8 |
|---|---|---|---|---|---|
| 前面板峰值/kN | 8.04 | 13.5 | 13.6 | 18 | 24.8 |
| 后面板峰值/kN | 3.85 | 4.06 | 3.13 | 3.02 | 2.97 |
| 传递率/% | 47.9 | 30.1 | 23.0 | 16.7 | 12.0 |
表4 前、后面板与芯层的接触力峰值
Table 4 The peak contact force between face sheets and core
| 模型 | 纯EVA | R2 | R4 | R6 | R8 |
|---|---|---|---|---|---|
| 前面板峰值/kN | 8.04 | 13.5 | 13.6 | 18 | 24.8 |
| 后面板峰值/kN | 3.85 | 4.06 | 3.13 | 3.02 | 2.97 |
| 传递率/% | 47.9 | 30.1 | 23.0 | 16.7 | 12.0 |
图10 R4模型重力反向及侧向加载的前、后面板接触力频域谱
Fig.10 Frequency-domain spectra of front and back panel contact forces under reverse and lateral gravity loading for the R4 model
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