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泡沫鋁子彈撞擊下多孔金屬夾芯板的塑性動力響應(yīng)研究十一

參數(shù)對夾芯板變形的影響

多孔金屬夾芯板常常被用于工程防護結(jié)構(gòu)中，被保護人員和物品往往置于夾芯板后面板的一側(cè)。因此結(jié)構(gòu)在承受強動載荷作用下將其“后面板”的永久變形作為研究夾芯板的抗撞擊性能的主要參數(shù)。下邊進行了參數(shù)研究，包括沖量、面板厚度、泡沫芯層密度及泡沫芯層厚度對結(jié)構(gòu)變形的影響，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供基礎(chǔ)。
(1)沖量對結(jié)構(gòu)變形/失效的影響
為了比較泡沫鋁夾芯板與等質(zhì)最單層鋁板的抗撞擊性能,應(yīng)用泡沫子彈撞擊加載技術(shù)，研究了芯層厚度為l0mm，相對密度約為9.4%，上下面板厚度均為0.5mm的10個泡沫夾芯板試件，其中子彈質(zhì)量近似相等，撞擊速度范圍為50m/s至203m/s。與夾芯板等質(zhì)量單層鋁板的厚度為2mm，材料性質(zhì)與夾芯板面板的相同，試件數(shù)量為10個。無量綱化的夾芯板后面板(或?qū)嶓w板)中心點的最終撓度(w=w/l)隨無量綱化沖量(I=I/A_e(2p_fh+ρ_ec)√σ_f/p_f ，其中A_e為子彈作用區(qū)域的面積，σ_f和ρ_f分別為面板材料的屈服強度和密度)的變化關(guān)系見圖。在本文研究的沖最范圍內(nèi)，夾芯板與等質(zhì)量實體板的最終變形均隨著沖量的增加逐漸增大，且夾芯板后面板的最終撓度均小于實體板的。可見，與等質(zhì)量的實體板相比，泡沫鋁夾芯板具有優(yōu)越的抗撞擊性能，在結(jié)構(gòu)中采用這種板可以有效降低其變形量，使得其中的物體或人員得到有效的保護，從而達到防護的目的。擬合實驗數(shù)據(jù)點，可得到夾芯板后面板的撓度與沖量的量化關(guān)系：

w=a₁I+b₁                                        (2-1) 
其中，w，I分別為后面板中心點的最終撓度與泡沫子彈的沖量；a₁、b₁為擬合參數(shù)，分別為8.65mm/N.s和-9.21mm。
同理，等質(zhì)量實體板的最終撓度與泡沫子彈沖量間的量化關(guān)系為：

w=a₂.I+b₂                                 (2-2)
其中，w，I分別為后面板中心點的最終撓度與泡沫子彈的沖量；a₂、b₂為擬合參數(shù)，分別為6.05mm/N.s和0.327mm。