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橡胶填充蜂窝夹层复合结构抗爆性能研究

作　者: 朱易
导　师: 黄正祥
学　校: 南京理工大学
专　业: 火炮、自动武器与弹药工程
关键词: 爆炸力学蜂窝夹层结构天然橡胶抗爆性能吸能特性
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

防爆安全是世界各国普遍关注的一个研究领域,爆炸产生的冲击波不仅能使防护结构产生大变形,而且会透过防护结构对后方的仪器、人员造成危害。发展轻型化的多功能防护结构是防护领域一直追求的目标。夹层结构以及新型复合材料的出现为多功能防护结构提供了新的方向。本文主要以具有橡胶填充的蜂窝夹层复合靶板为研究对象,从背板最大变形、复合靶板吸能以及背板后方超压值大小三个方面分析了其抗爆特性。基于夹层结构在爆炸载荷下的变形主要分为三个阶段的经典理论,利用LS-DYNA有限元数值仿真软件,着重研究了具有填充橡胶的蜂窝夹层复合靶板在蜂窝不同放置方式(蜂窝横向、纵向放置)下的抗爆性能。结果表明,在相同爆炸载荷下,橡胶填充纵向蜂窝夹层复合靶板虽然变形比橡胶填充横向蜂窝夹层复合靶板的背板变形稍大,但是其吸能能力较后者要好、背板后方超压值比后者要小,综合考虑三方面的因素认为前者的抗爆性能较优。在此基础上,从蜂窝胞元的边长、壁厚以及面板和背板的厚度四个方面分析其对橡胶填充纵向蜂窝夹层复合靶板抗爆性能的影响。对橡胶填充纵向放置的蜂窝夹层复合靶板进行抗爆试验,得到其面板和背板中心最大位移平均值,与仿真结果相比,误差分别为4.1%、7.8%,因此仿真结论可信。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 夹层结构效应  8-9
  1.3 多胞材料夹层结构抗爆研究现状  9-13
    1.3.1 蜂窝夹层结构  9-10
    1.3.2 泡沫金属夹层结构  10-11
    1.3.3 泡沫聚合物夹层结构  11-13
  1.4 橡胶材料吸能研究现状  13
  1.5 本文的研究目的及主要内容  13-15
2 爆炸载荷作用以及蜂窝夹层复合靶板变形和吸能的理论分析  15-25
  2.1 冲击波对面板的作用  15-16
  2.2 蜂窝的失效和变形分析  16-23
    2.2.1 蜂窝夹层相对密度  16-17
    2.2.2 蜂窝的失效形式  17-19
    2.2.3 爆炸载荷下纵向蜂窝夹层复合靶板的变形分析  19-23
  2.3 橡胶填充蜂窝夹层复合靶板的吸能  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3 蜂窝夹层复合靶板抗爆性能仿真研究  25-55
  3.1 有限元模型及网格划分  25-28
  3.2 材料模型  28-29
  3.3 流固耦合算法、边界条件及接触设置  29-31
    3.3.1 流固耦合算法  29-30
    3.3.2 边界条件  30
    3.3.3 接触设置  30-31
  3.4 不同结构蜂窝夹层复合靶板的抗爆性能  31-44
    3.4.1 爆炸及复合靶板动态响应过程分析  31-35
    3.4.2 复合靶板最大变形分析  35-36
    3.4.3 复合靶板吸能特性  36-43
    3.4.4 复合靶板下方20mm处超压值  43-44
    3.4.5 小结  44
  3.5 橡胶填充纵向蜂窝夹层复合靶板的结构优化设计  44-54
    3.5.1 仿真方案的选择  44-45
    3.5.2 蜂窝胞元边长变化的影响  45-47
    3.5.3 蜂窝胞元壁厚变化的影响  47-49
    3.5.4 蜂窝的相对密度变化的影响  49-50
    3.5.5 面板厚度变化的影响  50-51
    3.5.6 背板厚度变化的影响  51-53
    3.5.7 复合靶板下方20mm处超压峰值  53
    3.5.8 小结  53-54
  3.6 本章小结  54-55
4 试验研究  55-59
  4.1 靶板结构及加工方法  55-56
  4.2 试验布局  56
  4.3 试验结果及分析  56-58
  4.4 小结  58-59
5 结束语  59-61
  5.1 总结  59
  5.2 不足与展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-67
作者在攻读硕士学位期间撰写及发表的论文  67

橡胶填充蜂窝夹层复合结构抗爆性能研究

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