多层金字塔夹芯结构在冲击载荷作用下的动态响应
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摘要：金属材料点阵夹芯结构能量吸收效率较高，为得到多层金字塔点阵夹芯结构在冲击载荷作用下的动态响应，利用Patran建立多层金字塔点阵夹芯结构在冲击载荷作用下的数值模拟模型，通过Dytran计算分析质量为25 kg的钢板以30 m/s， 60 m/s和90 m/s的速度冲击时模型的应力、应变、变形以及变形能，研究随着冲量的增加，模型的应力、应变、变形和变形能的变化规律.
关键词：金字塔芯体； 数值模拟； 多层夹芯板； 冲击载荷
中图分类号：TB334文献标志码：B
0引言
点阵夹芯结构自提出以来，其轻质、比刚度高和比强度大等优异的性能受到极大关注.其不仅具有优良的力学性能，而且还有抗爆炸，抗弹道冲击，高效隔热，散热，吸收电磁波和吸声等特性[1].除此之外，点阵材料具有周期性的拓扑结构，从而可以设计出不同的拓扑构型，主要包括四面体，金字塔型，Kagome，八面体和lattice block构架等多种[2].轻质点阵材料极强的可设计性使其可以根据实际要求进行多功能一体化设计，从而在航天、航空和航海等方面有着广阔的前景[3-5].
在点阵夹芯结构的抗冲击方面，QIU等[6]采用Abaqus软件模拟周边固支的点阵夹层圆板和矩形截面夹层梁的动态响应；XUE等[7]对爆炸冲击载荷作用下夹芯层板和同样重量的实体板抗冲击性能进行对比分析；FLECK等[8]对周边固支的点阵夹层梁建立理论分析模型，推导出理想爆炸载荷作用下的动态响应公式.目前，对点阵夹芯结构的抗冲击性能研究主要集中于单层夹芯层板和夹层梁上.本文建立六层夹芯的多层金字塔夹芯结构模型，用有限元分析软件Dytran分析相同重物以3种不同速度冲击夹芯板时，模型的应力、应变、变形和变形能，了解多层金字塔夹芯结构的抗冲击能力.
1计算模型
计算模型的单胞结构见图1，芯层的厚度为Hc，杆件为圆形截面，直径dc=0.003 m，杆长Lc=0.005 m，杆件与面板平面的夹角为π/4.由几何关系可知，Hc=Lc/2=0.353 6 m.
4结束语
通过对下面板四边固支的多层金字塔夹芯结构在冲击载荷作用下的数值模拟研究表明，随着钢板冲击速度的增加，模型受到的冲量增加，整体模型的变形明显变大.在作用过程中，下面板出现了回弹现象.随着冲量的增加，下面板和芯层的等效塑性应变明显增加，芯层的等效应力波动变大，峰值不变；下面板的等效应力波动幅度基本相同，低速时等效应力明显小于高速时；芯层和下面板的变形能随冲击时冲量的增加而增加，芯层的变形能远大于下面板的变形能.
值得指出的是，对于多层金字塔夹芯结构在冲击载荷作用下的研究，芯层采用等效力学模型，在一定程度上有助于解决复杂问题，但也具有一定的局限性，期待相关实验工作和更深入的理论研究做进一步的完善.
参考文献：
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