泡沫铝芯体夹层板的冲击力学性能研究

泡沫铝材料抗爆炸冲击问题研究综述摘要：为对泡沫铝材料在抗爆炸冲击方面应用的相关研究有全面的了解，本文从泡沫铝材料抗爆炸冲击问题所涉及到的材料本身动力学特性、材料内部冲击波传播规律和常见的抗爆炸冲击应用的材料结构形式—含泡沫铝的多层结构的抗爆特性三方面出发，对泡沫铝在爆炸冲击作用下的动力学问题的研究现状进行梳理和评价。

研究可为泡沫铝在抗爆炸冲击方面的进一步应用提供有益的借鉴。

关键词：泡沫铝爆炸冲击多层结构1前言泡沫金属材料作为一种含有无序微结构的高孔隙率、低密度的超轻多孔金属材料，具有承载、传热、降噪、电磁屏蔽、减振、吸能等多功能特性。

特别是其在静态和动态载荷下表现出应力平台效应，能吸收大量压缩能量，从而具备优良的缓冲吸能性能，故在军用车辆、舰船以及防护工程结构等防爆炸冲击方面受到广泛的关注。

但在近二十年来对其力学行为所展开的广泛和深入的研究当中，以准静态加载条件下的力学行为研究最为充分，高加载速率、高应变率的动态加载条件下的材料力学行为较为复杂，研究难度也较大。

国内外对泡沫铝材料在爆炸冲击载荷作用下相关问题的研究，主要集中在材料本身的动力学行为（即在冲击作用下，材料变形和失效机制等）和材料内部冲击波的传播两个方面。

本文将从这两方面出发，对泡沫铝在爆炸冲击作用下的动力学问题的研究现状进行梳理，并对其常见应用形式—含泡沫铝的多层结构的抗爆特性展开评述，为泡沫铝在抗爆炸冲击方面的应用提供有益的借鉴。

2爆炸冲击作用下泡沫铝材料动态力学行为研究2.1泡沫铝材料动态应力-应变行为爆炸冲击作用下的泡沫铝材料的动态应力-应变行为的研究主要借助SHPB等试验方法对材料进行动态冲击加载获取相应的应力-应变曲线。

与静态加载条件下的材料应力-应变行为的研究结果不同，泡沫铝动态应力-应变行为的研究，国内外不同学者存在不同的研究结论，甚至是相反的。

大体而言，对于泡沫铝动态压缩力学应力-应变曲线整体特性的描述基本一致，即其应力-应变曲线表现出三个显著的阶段：线弹性区、屈服平台区和致密固化区，这也是高孔隙率泡沫铝材料具有良好吸能特性的原因所在。

空心及PMI泡沫填充铝波纹夹芯梁冲击性能实验研究于渤;韩宾;倪长也;刘剑峰;张钱城;卢天健;慈军;耿丽【摘要】为了提高油罐车罐体在冲击载荷下的强度和耐撞性,提出了两种三明治结构:空心和PMI泡沫填充率波纹夹心结构,来代替传统的均质结构,通过泡沫块冲击实验,对两种构型的三明治夹芯梁的冲击性能进行了研究.通过高速摄影观察了夹芯梁的变形过程,得出了在不同冲击速度下同质量不同芯体结构的夹芯梁后面板所产生位移的时程曲线,考察了两种类型夹芯梁在冲击载荷下的后面板中点位移及各自的变形特点.实验结果表明:空心波纹夹芯梁在速度较高的冲击载荷作用下,前面板在冲击区域发生撕裂,波纹芯体发生较大幅度的压缩;相对于空心夹芯梁,PMI泡沫填充夹芯梁前面板的撕裂和芯体的压缩程度大幅减小,但后面板中点位移较空心夹芯梁更大.由于结构的撕裂在罐车的行进过程中容易扩展并至更严重的破坏,因而填充夹芯结构相对空心结构更具优势.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2015(049)001【总页数】6页(P86-91)【关键词】三明治结构;泡沫填充;动态冲击实验【作者】于渤;韩宾;倪长也;刘剑峰;张钱城;卢天健;慈军;耿丽【作者单位】西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;广东顺德西安交通大学研究院,528300,广东佛山;东莞市永强汽车制造有限公司,523407,广东东莞【正文语种】中文【中图分类】TH117.5由罐车碰撞、翻车等引起的严重交通事故近年来在我国屡见不鲜,造成大量的生命和财产损失。

冲击载荷下泡沫铝夹芯防护结构的侵彻动力学行为研究泡沫铝夹芯板结构的特点是轻质、高比刚度，并具有良好的冲击波散射性能，被广泛应用于航空航天、军用汽车、船舶制造以及核工业等领域。

作为一种轻质复合装甲，不可避免地经常遭受子弹及爆轰产物、破片的冲击，只有清楚了解其抗侵彻性能，才可以使其充分发挥自身的防护能力。

为了进一步探讨泡沫金属夹芯板防护装甲的抗侵彻性能，本文从实验研究、理论建模与数值模拟三个方面对不同弹头的子弹撞击作用下泡沫铝夹芯板防护装甲的动态响应问题进行了系统深入的研究，取得如下重要成果：通过不同弹头的子弹对泡沫铝夹芯板的侵彻实验，研究了其在子弹撞击下的变形模式和侵彻失效问题，以及泡沫铝夹芯板抗侵彻性能与弹头形状、芯层厚度及面板厚度等参数的关系。

研究发现：侵彻所导致的变形和损伤主要集中在子弹头部下方区域发生，而在径向方向上几乎没有发生变形和损伤。

增加芯层厚度或面板厚度均能有效提高泡沫铝夹芯板的抗侵彻性能。

夹芯板对平头弹的抗侵彻性能最好，对球头弹的抗侵彻性能次之，对锥头弹的抗侵彻性能最弱。

建立了泡沫金属夹芯板厚靶在不同弹头的子弹撞击下的多阶段侵彻动力学理论模型，得到了侵彻阻力和瞬时速度等物理量的解析解。

并在此基础上研究了子弹几何尺寸、芯层密度、子弹入射速度等参数与能量吸收的关系。

同时应用非线性结构动态响应分析有限元程序对子弹侵彻不同面板组合、不同尺寸的泡沫铝夹芯板防护装甲的全过程进行了数值模拟，研究了其变形和失效过程，并探讨分析了影响夹芯板抗侵彻性能和整体吸能特性的参数。

结果表明：夹芯板的抗侵彻性能随着芯层密度、芯层厚度的增加而增加，夹芯板的能量吸收也随着子弹初始速度和直径的增加而增加。

夹芯板的抗侵彻性能和整体吸能特性不仅与面板材料的强度有关，也与不同强度材料的面板前后顺序有关。

文中还对多层防护甲板的抗侵彻性能进行了数值模拟研究，比较了不同数量、厚度、布置方式与层合方式的效果。

研究表明：双层靶板首层的厚度与靶板（除空气层外）总厚度的比值等于0.5时，靶板的抗侵彻性能最弱，当比值等于0.25时，靶板的抗侵彻性能最好。

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，新型材料的研究与应用在各个领域中显得尤为重要。

其中，泡沫铝合金作为一种轻质、高强度、且具备良好吸能特性的材料，在汽车、航空航天、建筑等领域有着广泛的应用前景。

本文旨在研究泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理，以期为相关领域的应用提供理论依据。

二、泡沫铝合金的动态力学性能研究1. 实验材料与方法本研究采用不同密度的泡沫铝合金作为研究对象，通过动态力学测试设备进行实验。

在实验过程中，对泡沫铝合金进行不同速度的冲击，以获取其动态力学性能数据。

2. 实验结果与分析（1）应力-应变曲线分析通过对泡沫铝合金进行动态力学测试，得到其应力-应变曲线。

从曲线中可以看出，泡沫铝合金在受到冲击时，具有较高的能量吸收能力。

在低速冲击下，泡沫铝合金表现出较好的塑性和韧性；而在高速冲击下，其应力-应变曲线呈现出明显的平台效应，表明其具有较好的能量吸收性能。

（2）能量吸收性能分析通过对不同密度、不同速度下的泡沫铝合金进行动态力学测试，发现其能量吸收能力与密度和冲击速度密切相关。

在低速冲击下，密度较高的泡沫铝合金具有更好的能量吸收能力；而在高速冲击下，密度较低的泡沫铝合金则表现出更好的吸能效果。

此外，泡沫铝合金的能量吸收能力还与其内部结构、材料组成等因素有关。

三、泡沫铝合金的吸能机理研究1. 吸能机理概述泡沫铝合金的吸能机理主要与其内部结构、材料组成及冲击过程中的变形行为有关。

在受到冲击时，泡沫铝合金内部的孔洞结构能够产生较大的变形，从而吸收大量的能量。

此外，其材料组成中的合金元素也能提高其强度和韧性，进一步增强其吸能能力。

2. 吸能过程分析在低速冲击下，泡沫铝合金主要通过孔洞的压缩、剪切和屈曲等变形行为来吸收能量。

而在高速冲击下，其吸能过程则更加复杂，涉及到材料的动态响应、能量传递与耗散等多个方面。

此外，泡沫铝合金在吸能过程中还会产生一定的热效应和声发射等现象。

船用泡沫铝夹层板在低温下的冲击动态响应研究郭开岭;朱凌;李应刚;余同希;周青文【摘要】泡沫铝夹层板具有良好的动态能量吸收性能,在极地船舶抗冲击防护方面具有巨大的潜在应用前景.文章利用ABAQUS有限元软件,结合准静态拉伸压缩材料试验,建立了船用泡沫铝夹层板的低温动态冲击数值仿真模型,研究了其动态冲击响应与抗冲击性能,并采用Instran 9350落锤冲击试验机对数值仿真模型进行了试验验证.在此基础上,研究了低温和冲击能量对船用泡沫铝夹层板动态冲击响应的影响.结果表明,随着冲击能量的增加,常温和低温条件下船用夹层板的冲击力峰值、最大挠度和最终挠度遵从乘幂增长规律.与常温相比,低温下船用泡沫铝夹层板的面板变形较小,且随着冲击能量的增加,低温的影响更为显著,即船用泡沫铝夹层板在低温下具有更好的抗冲击性能.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2019(023)005【总页数】11页(P591-601)【关键词】船用泡沫铝夹层板;低温;抗冲击性能;数值仿真;实验【作者】郭开岭;朱凌;李应刚;余同希;周青文【作者单位】高性能舰船技术教育部重点实验室(武汉理工大学), 武汉 430063;先进船舶与深海装备研发协同创新中心,武汉 430063;高性能舰船技术教育部重点实验室(武汉理工大学), 武汉 430063;先进船舶与深海装备研发协同创新中心,武汉430063;高性能舰船技术教育部重点实验室(武汉理工大学), 武汉 430063;先进船舶与深海装备研发协同创新中心,武汉 430063;先进船舶与深海装备研发协同创新中心,武汉 430063;香港科技大学力学与航空工程系, 香港清水湾;高性能舰船技术教育部重点实验室(武汉理工大学), 武汉 430063【正文语种】中文【中图分类】U661.720 引言极地船舶在冰区航行，一方面需要经历恶劣的低温环境，另一方面需要承受来自浮冰的撞击。

低温对船用钢的力学性能有一定影响，对船体结构的抗冲击性能也会产生重要影响[1-2]。

《泡沫铝合金动态力学性能及其吸能机理的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，新型材料的研究与应用逐渐成为科研领域的重要课题。

其中，泡沫铝合金作为一种轻质、高强度的材料，在汽车、航空航天、建筑等领域具有广泛的应用前景。

其独特的结构使得该材料在承受动态冲击时，表现出良好的吸能特性。

本文将就泡沫铝合金的动态力学性能及其吸能机理展开深入研究，旨在为该材料在实际应用中的优化提供理论支持。

二、泡沫铝合金的动态力学性能泡沫铝合金的动态力学性能主要表现在其抗冲击性能和能量吸收能力。

在受到动态冲击时，泡沫铝合金能够通过内部结构的变形来吸收大量的能量，从而保护结构不受损坏。

1. 实验方法为研究泡沫铝合金的动态力学性能，我们采用了落锤冲击实验和SHPB（Split Hopkinson Bar）实验等方法。

通过改变冲击速度和样品尺寸，观察并记录泡沫铝合金在受到不同强度冲击时的变形和能量吸收情况。

2. 实验结果实验结果表明，泡沫铝合金在受到动态冲击时，表现出良好的抗冲击性能和能量吸收能力。

随着冲击速度的增加，泡沫铝合金的变形程度逐渐增大，但并未出现明显的破坏现象。

同时，该材料在吸收能量的过程中，表现出较高的能量吸收效率和稳定的吸能性能。

三、泡沫铝合金的吸能机理泡沫铝合金的吸能机理主要源于其独特的内部结构和材料特性。

在受到冲击时，泡沫铝合金通过内部结构的变形和能量传递，将冲击能量转化为热能和弹性势能，从而实现能量的吸收。

1. 结构特性泡沫铝合金的内部结构由大量的封闭孔洞组成，这些孔洞在受到冲击时能够发生变形和坍塌。

在变形过程中，孔洞之间的相互作用和能量的传递使得材料能够吸收大量的能量。

此外，泡沫铝合金中的合金元素也对其吸能性能起到了重要的影响。

2. 能量传递与转化在受到冲击时，泡沫铝合金通过内部结构的变形和能量的传递，将冲击能量从表面传递至材料内部。

在这个过程中，材料的孔洞发生坍塌和重新排列，将冲击能量转化为热能和弹性势能。

振 动 与 冲 击第29卷第5期J OURNAL OF V IBRAT I ON AND SHOCKVo.l 29No .52010泡沫铝衰减冲击波峰值压力的理论及数值分析基金项目:国家科技支撑计划重点项目(2006BA J 13B02);总后基建营房部项目(后营字080705)收稿日期:2009-09-11 修改稿收到日期:2009-12-10第一作者康建功男,博士生,1980年11月生康建功,石少卿(后勤工程学院军事建筑工程系,重庆 401331)摘 要:为比较系统地了解表面粘贴泡沫铝及其夹芯层对结构上作用冲击波峰值压力的衰减性能与影响因素,运用理论及数值模拟方法分析了泡沫铝及其夹芯层衰减冲击波峰值压力的性能。

并讨论了影响泡沫铝及其夹芯层衰减冲击波峰值压力的几个主要因素。

研究结果显示,在达到压实应变之前,表面粘贴泡沫铝及其夹芯层能有效地衰减冲击波的峰值压力。

达到压实应变后,泡沫铝及其夹芯层对冲击波峰值压力的衰减性能下降。

孔洞形式、相对密度对泡沫铝衰减冲击波峰值压力具有明显地影响,面板材料对泡沫铝夹芯层衰减冲击波峰值压力的性能也有一定的影响。

要取得较好地衰减冲击波峰值压力的性能需综合考虑以上因素进行优化设计,否则可能出现粘贴的泡沫铝或其夹芯层达不到衰减结构上冲击波峰值压力的目的。

关键词:爆炸冲击波;衰减性能;泡沫铝夹芯;峰值压力中图分类号:TU 599 文献标识码:A泡沫铝是一种新型的功能材料,因具有各向同性、不易腐蚀、成型容易及良好地缓冲吸能性能等特点引起广大学者的普遍关注。

泡沫铝及其夹芯层衰减爆炸冲击波性能的研究在泡沫铝各种性能研究中是一个比较热点的问题。

目前国内外已经有部分学者对粘贴泡沫铝或泡沫铝夹芯层减轻结构上撞击或爆炸冲击波作用开展了相关的研究。

如G.W.M a 等人[1,2]对在结构上粘贴一层泡沫铝夹芯层用于减小撞击或爆炸冲击波对结构的作用进行了理论分析,主要讨论粘贴夹芯层对结构本身变形的影响情况。

《冲击载荷下泡沫铝夹芯防护结构的侵彻动力学行为研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和现代战争的需求，防护结构的设计和优化变得越来越重要。

在众多防护材料中，泡沫铝夹芯防护结构因其良好的吸能性能和较高的冲击韧性而备受关注。

本文将针对冲击载荷下泡沫铝夹芯防护结构的侵彻动力学行为进行研究，旨在揭示其侵彻机制、能量吸收特性和结构优化方法。

二、文献综述在过去的几十年里，国内外学者对泡沫铝材料及其在防护结构中的应用进行了广泛的研究。

泡沫铝因其优良的物理性能，如低密度、高比表面积、良好的吸能性能等，被广泛应用于冲击防护领域。

泡沫铝夹芯防护结构以其独特的结构形式，在抵御冲击、减少破坏等方面表现出较好的性能。

然而，关于其在冲击载荷下的侵彻动力学行为，仍需进一步研究。

三、研究内容1. 实验设计为了研究冲击载荷下泡沫铝夹芯防护结构的侵彻动力学行为，本文设计了一系列实验。

实验中采用不同厚度的泡沫铝夹芯板，以及不同速度、不同形状的侵彻体进行冲击试验。

同时，为了对比分析，还设置了其他类型防护结构的实验。

2. 实验结果通过实验，我们观察了泡沫铝夹芯防护结构在冲击载荷下的变形过程、能量吸收情况和侵彻体的穿透情况。

实验结果表明，泡沫铝夹芯防护结构具有良好的吸能性能和抗侵彻能力。

同时，我们还发现，不同厚度的夹芯板对侵彻体的抵抗能力有所不同，较厚的夹芯板能更好地抵御高速侵彻体的穿透。

3. 数据分析与讨论通过对实验数据的分析，我们发现在冲击过程中，泡沫铝夹芯板能够有效地吸收侵彻体的能量，降低其穿透力。

此外，我们还发现夹芯板的厚度、侵彻体的速度和形状等因素都会对侵彻动力学行为产生影响。

同时，我们分析了泡沫铝材料的力学性能和结构特性对侵彻行为的影响机制。

四、侵彻动力学行为分析1. 侵彻机制分析在冲击过程中，泡沫铝夹芯板通过塑性变形和能量耗散来抵抗侵彻体的穿透。

当侵彻体与夹芯板接触时，夹芯板发生局部变形，吸收部分能量；同时，夹芯板内部的泡沫铝材料通过塑性流动和断裂来消耗能量。