《微孔鋁基複合泡沫夾層板動力回響及吸能特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由張博一擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微孔鋁基複合泡沫夾層板動力回響及吸能特性研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張博一
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對重要土木工程結構的爆炸、衝擊防護問題，發展一種新型低成本、高吸能性的空心球/Al複合泡沫夾層板結構。首先，以不同空心微珠平均粒徑和不同基體鋁合金的空心球/Al複合泡沫材料為研究對象，試驗和數值模擬相結合，系統研究材料微細觀組織結構對空心球/Al複合泡沫的力學性能、變形失效機制及其吸能特性的影響規律；其次，試驗研究空心球/Al複合泡沫夾層板在爆炸、衝擊荷載下的動力回響，揭示應變率對夾層板動力回響的影響規律，理論與數值模擬分析相結合，揭示夾層複合泡沫微細觀結構、板面層厚度、芯層厚度等因素對夾層板動力回響、失效模式及吸能性能的影響規律，基於一維應力波在多層介質中的能量透反射原理，揭示空心球/Al複合泡沫材料及夾層板衰減衝擊波的機理；最後，建立空心球/Al複合泡沫夾層板基於能量吸收的最佳化設計理論，為其套用於土木工程抗爆防護領域提供科學依據。
結題摘要
針對重要土木工程結構的爆炸、衝擊防護問題，發展出一種低成本、高吸能性的空心微球/鋁基複合泡沫材料夾層板結構，研究了這類結構在爆炸衝擊作用下的動態力學和能量吸收問題。通過對材料在準靜態、中低應變率及高應變率幾種不同應變率水平下的壓縮力學性能試驗，研究了具有不同平均粒徑的空心微球/Al複合泡沫材料的壓縮力學性能，變形能力和吸能特性，並結合有限元方法對材料微細觀尺度進行了力學性能分析，獲得了單胞模型各幾何參數對材料壓縮力學性能的影響規律；通過一級輕氣炮驅動泡沫鋁子彈對鋁基複合泡沫材料製備的夾層板結構進行高速撞擊試驗，考察了夾層板結構在等效矩形脈衝載荷作用下的動態回響、變形特徵、失效模式以及吸能性能，試驗結果表明：高速衝擊作用下鋁基複合泡沫夾層板具有更好的能量吸收能力和防護能力，芯層泡沫材料厚度對控制夾層板變形起決定性作用。基於LS-DYNA軟體對試驗進行數值仿真，提出了夾層結構的最最佳化設計思路；利用大型乙炔/空氣混氣體爆炸試驗裝置，對泡沫鋁和鋁基複合泡沫材料夾層板結構進行爆炸衝擊試驗，測量了結構表面超壓、應力、變形等數據，對比分析了兩類夾層板防護性能的優劣，用有限元方法對試驗進行數值仿真，提出該類結構的抗爆及防護設計理論。該項目以鋁基複合材料的力學性能入手，以夾層板結構為研究目標，試驗和數值仿真研究方法相結合，所取得的研究成果為推進鋁基複合泡沫材料在重要土木工程抗爆防護中的套用提供有力支持。
