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      閉孔泡沫鋁夾芯板交通運(yùn)輸抗沖擊性能研究(10)

      日期:23-12-25     時(shí)間:10:32 來源: 益榮金屬

      閉孔泡沫鋁夾芯板交通運(yùn)輸抗沖擊性能研究(10)


      沖擊波在夾芯板中的傳播特性

      泡沫鋁芯體夾層板中,因?yàn)殇摪宓暮穸刃?,在沖擊力作用下,產(chǎn)生的塑性變形很小,因此,夾層板體主要通過泡沫鋁被壓縮來吸收能量,隨著泡沫鋁芯體塑性變形的增大,大量的壓縮能量被吸收,而單位體積泡沫鋁芯體所吸收的能量C可由下式來表達(dá):

      C=∫εd0σdε                                        (2-4)

      式中:εd為泡沫鋁芯體壓縮至致密化開始時(shí)的應(yīng)變量;σ為流動(dòng)應(yīng)力;ε為應(yīng)變。對(duì)于一個(gè)給定的試件,當(dāng)應(yīng)變是εd時(shí),其單位體積吸收的能量可以用應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的積分面積來表示。泡沫鋁芯體夾層板在受壓載荷時(shí),孔壁經(jīng)歷了彈性、塑性和致密化變形階段,在線彈性區(qū)吸能不多,而在屈服平臺(tái)區(qū)應(yīng)力幾乎不變,能量被大量吸收。

      沖擊波在多層結(jié)構(gòu)中的傳播以及對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷由于結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)、沖擊波的相互作用而變的相當(dāng)復(fù)雜。然而,在碰撞或爆炸的沖擊波峰值壓力p≤100MPa時(shí),用彈性波理論分析物體在沖擊載荷作用下所形成的應(yīng)力波的反射和透射問題,方法簡(jiǎn)單而且非常有效。

      由于泡沫鋁夾芯板由不同材料粘貼形成的,所以沖擊波首先透過鋼板然后到達(dá)泡沫鋁再到達(dá)鋼板。鋼板和泡沫鋁的波阻尼不一樣,所以沖擊波將在交界面上發(fā)生反射和透射。

      沖擊波到達(dá)面板時(shí),由分界面?zhèn)魅氲膲嚎s波首先進(jìn)入面板中,之后,壓縮波的一部分在面板與底板之間的分界面上反射,另一部分傳到底板中。以σiνi表示傳入底板中的應(yīng)力和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度。

      根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒,得入射波陣面上的應(yīng)力為

      σi=-ρ1C1νi                                        (2-5)

      入射波在兩種介質(zhì)的分界面上發(fā)生反射和透射,反射波陣面上的應(yīng)力(經(jīng)過反射進(jìn)入面板)為

      σr=-ρ1C1νr                                        (2-6)

      透射波入底板中的應(yīng)力波陣面上的應(yīng)力為

      σt=-ρ2C2νt                                         (2-7)

      式中:ρ1ρ2分別為面板與底板的速度;C1,C2分別為面板與底板中應(yīng)力波的傳播速度。

      在分界面上,應(yīng)力和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)保持連續(xù),因此

      σirt                                          (2-8)

      νi+νr=νt                                          (2-9)

      由式(2-8)和式(2-9)可以求出σrσt。

      σr2C21C1/ρ2C2 1C1                               (2-10)

      σt=2ρ2C2σi/ρ2C2 1C1  =1+ρ2C21C1/ρ2C2 1C1 σi       (2-11)

      由式(2-11)中可以看出,當(dāng)ρ1C1 2C2時(shí),進(jìn)入鋼板中的應(yīng)力波只是入射波應(yīng)力σt的一部分,且當(dāng)ρ1C1 愈大時(shí),σt愈小。

      根據(jù)式(2-11),由于鋼板的波阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于泡沫鋁的波阻抗,當(dāng)沖擊波進(jìn)入防護(hù)系統(tǒng)的泡沫鋁中時(shí),沖擊波的強(qiáng)度已經(jīng)大大減弱,但當(dāng)波通過泡沫鋁進(jìn)入鋼板時(shí),鋼板的波阻抗大于泡沫鋁的波阻抗,使波的強(qiáng)度有所增強(qiáng)。

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