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原文传递泡沫铝夹层板抗侵彻性能研究

论文题名：	泡沫铝夹层板抗侵彻性能研究
关键词：	泡沫铝夹层板;本构参数;抗侵彻性能;防护能力
摘要：	泡沫铝夹层板因其拥有质轻、高比刚度、高比强度和优越的吸能效率，在汽车、航空航天、建筑、船舶制造、船舶防护等行业得到了广泛的应用。作为一种抗冲击复合材料，不可避免地遭受各种弹体和抨击物的冲击，因此只有掌握其抗侵彻性能，才能使其发挥自身的防护能力。　　本文首先对闭孔泡沫铝材料在准静态条件下进行压缩实验，得到泡沫铝夹层板芯层的压缩本构模型参数。其次在对 Q235钢板抗侵彻模型进行正确数值模拟验证的基础上，得到其正确本构参数并总结相关参数对其抗侵彻性能影响。再次，在对泡沫铝夹层板有限元仿真计算正确验证的基础上，基于泡沫铝和钢板本构参数建立了以Q235钢为面板，泡沫铝材料为芯层的泡沫铝夹层板有限元模型。分析了动态冲击过程、夹层板的塑性变形、弹体剩余速度曲线以及夹层板的吸能性能。最后展开对泡沫铝夹层板抗侵彻性能相关参数研究，为泡沫铝夹层板在不同情况下的抗侵彻特征和优化设计提供计算基础。具体研究内容如下：　　（1）开展了不同密度的泡沫铝在准静态条件下的压缩实验，研究了泡沫铝材料的弹性模量、屈服平台强度、屈服平台长度与其材料密度的关系；分析了闭孔泡沫铝在压缩过程中的变形与破坏模式；研究了密度对其泡沫铝材料吸能性能的影响；运用理论公式对泡沫铝实验数据进行拟合，得到了可靠的泡沫铝压缩本构模型参数。　　（2）根据文献中钢板抗侵彻性能实验数据，结合 Johnson-Cook本构模型修正了Q235钢的本构参数，运用LS-DYNA软件对其在相应工况条件下进行数值模拟。对比仿真结果与实验结果，验证了有限元分析钢板抗侵彻性能的可靠性，为后续泡沫铝夹层板抗侵彻性能研究提供面板材料的本构参数。同时重点分析了钢板的分层效应、层间间隙以及不同弹体头部形状等参数对钢板结构抗侵彻性能的影响。　　（3）基于文献中泡沫铝夹层板仿真与实验，建立相应计算模型，完成不同弹体侵彻泡沫铝夹层板动态过程数值模拟，通过与文献中实验和仿真结果对比，验证了有限元模型的可靠性。然后基于泡沫铝和钢板的本构参数，建立了面板为 Q235钢板，芯层为泡沫铝材料的泡沫铝夹层板有限元模型。分析了在冲击载荷作用下夹层板各部分随时间变化过程的破坏形态，弹体速度时间历程曲线和夹层板吸收能量过程，泡沫铝夹层板各部分的塑性变形曲线，以及弹体冲击速度和弹体头部形状对剩余速度、夹层板的塑性变形和吸能性能的影响。　　（4）利用LS-DYNA有限元软件，展开对泡沫铝夹层板抗侵彻性能相关参数研究。重点分析了泡沫铝夹层板面板厚度、芯层厚度、芯层密度、面板顺序以及不同弹体头部形状等参数对泡沫铝夹层板抗侵彻性能的影响。为泡沫铝夹层板在不同情况下的抗侵彻特征和优化设计提供计算基础。
作者：	王明辉
专业：	船舶与海洋工程
导师：	田阿利
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文