Transparente Sandwichstrukturen werden in der modernen Architektur und im militärischen Schutz breit eingesetzt. Die Untersuchung des dynamischen Reaktionsmechanismus dieser Strukturen unter Explosionslasten ist von großer Bedeutung für die Ingenieurplanung und die Verbesserung der strukturellen Sicherheit. Durch die Kombination von Experiment und numerischer Simulation wurden systematisch die Versagensmodi transparenter Sandwichstrukturen unter verschiedenen Explosionslasten sowie der Einfluss der Dicke der einzelnen funktionalen Schichten auf die Explosionsbeständigkeit analysiert. Der Vergleich der experimentellen und numerischen Ergebnisse bestätigte die Genauigkeit des Finite-Elemente-Modells. Zahlreiche numerische Simulationen wurden durchgeführt und dimensionslose Beziehungen zwischen Explosionsabstand, Sprengstoffmenge, Schichtdicke und maximalem Durchbiegung der Struktur ermittelt. Basierend auf den numerischen Simulationsergebnissen wurde die Überdruck-Impuls-(P-I)-Kurve erstellt, die die Schadensgrenzen der Struktur unter verschiedenen Druck- und Impulsbedingungen definiert und klare Richtlinien für die Konstruktion explosionsbeständiger Strukturen liefert. Mithilfe verschiedener Methoden des maschinellen Lernens wurde ein Prognosemodell für die zentrale Durchbiegung erstellt, das leistungsstärkste Modell ausgewählt und in Kombination mit einem genetischen Algorithmus wurde ein leichtes Design der Sandwichstruktur mit minimaler Masse und Gesamtdicke entwickelt. Die Forschungsergebnisse zeigen: 1) Transparente Sandwichstrukturen können hohe Explosionslasten tragen und stabil bleiben, wobei der Schadensgrad mit zunehmender Explosionslastintensität zunimmt und drei typische Schadensmodi auftreten; 2) Die Dicke der einzelnen funktionalen Schichten hat einen signifikanten Einfluss auf die gesamte Explosionsbeständigkeit. Bei konstantem Dickenmaß der anderen Schichten führt eine Erhöhung der Dicke der Keramik-, anorganischen Glas- oder Polycarbonat-(PC)-Schichten zu erhöhten Schäden in der Keramik- und anorganischen Glasschicht, während die Verformung der PC-Schicht abnimmt, was die Explosionsbeständigkeit der Struktur insgesamt verbessert; 3) Die P-I-Kurve aus der numerischen Simulation kann die Schadensmodi und Sicherheitsgrenzen der Struktur unter verschiedenen Druck- und Impulsbedingungen genau vorhersagen und bietet eine klare und effektive Grundlage für das Ingenieurdesign; 4) Die Kombination von maschinellen Lernmodellen und genetischem Algorithmus realisiert effektiv ein leichtes Design transparenter Sandwichstrukturen und reduziert dabei Masse und Dicke erheblich, während die Explosionsbeständigkeit erhalten bleibt.

transparente Sandwichstrukturen; Explosionslast; numerische Simulation; Explosionsbeständigkeit; P-I-Kurve; maschinelles Lernen; leichter Design