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。跊_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為流動應(yīng)力;ε為應(yīng)變。對于一個(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σi,νi表示傳入底板中的應(yīng)力和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度。
根據(jù)能量守恒和動量守恒,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:ρ1,ρ2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)動速度應(yīng)保持連續(xù),因此
σi+σr=σt (2-8)
νi+νr=νt (2-9)
由式(2-8)和式(2-9)可以求出σr和σt。
σr=ρ2C2-ρ1C1/ρ2C2 +ρ1C1 (2-10)
σt=2ρ2C2σi/ρ2C2 +ρ1C1 =(1+ρ2C2-ρ1C1/ρ2C2 +ρ1C1 )σi (2-11)
由式(2-11)中可以看出,當(dāng)ρ1C1 >ρ2C2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)。
上海益榮金屬材料有限公司
滬ICP備2021023942號-1
點(diǎn)擊此處復(fù)制微信: 18964509875
點(diǎn)擊此處復(fù)制微信: 13917996526
點(diǎn)擊此處復(fù)制微信: 18020290206
點(diǎn)擊此處撥打電話:18964509875
點(diǎn)擊此處撥打電話:13917996526
點(diǎn)擊此處撥打電話:18020290206