泡沫铝子弹撞击下多孔金属夹芯板的塑性动力响应研究十一

参数对夹芯板变形的影响

多孔金属夹芯板常常被用于工程防护结构中，被保护人员和物品往往置于夹芯板后面板的一侧。因此结构在承受强动载荷作用下将其“后面板”的永久变形作为研究夹芯板的抗撞击性能的主要参数。下边进行了参数研究，包括冲量、面板厚度、泡沫芯层密度及泡沫芯层厚度对结构变形的影响，为结构优化设计提供基础。
(1)冲量对结构变形/失效的影响
为了比较泡沫铝夹芯板与等质最单层铝板的抗撞击性能,应用泡沫子弹撞击加载技术，研究了芯层厚度为l0mm，相对密度约为9.4%，上下面板厚度均为0.5mm的10个泡沫夹芯板试件，其中子弹质量近似相等，撞击速度范围为50m/s至203m/s。与夹芯板等质量单层铝板的厚度为2mm，材料性质与夹芯板面板的相同，试件数量为10个。无量纲化的夹芯板后面板(或实体板)中心点的最终挠度(w=w/l)随无量纲化冲量(I=I/A_e(2p_fh+ρ_ec)√σ_f/p_f ，其中A_e为子弹作用区域的面积，σ_f和ρ_f分别为面板材料的屈服强度和密度)的变化关系见图。在本文研究的冲最范围内，夹芯板与等质量实体板的最终变形均随着冲量的增加逐渐增大，且夹芯板后面板的最终挠度均小于实体板的。可见，与等质量的实体板相比，泡沫铝夹芯板具有优越的抗撞击性能，在结构中采用这种板可以有效降低其变形量，使得其中的物体或人员得到有效的保护，从而达到防护的目的。拟合实验数据点，可得到夹芯板后面板的挠度与冲量的量化关系：

w=a₁I+b₁                                        (2-1) 
其中，w，I分别为后面板中心点的最终挠度与泡沫子弹的冲量；a₁、b₁为拟合参数，分别为8.65mm/N.s和-9.21mm。
同理，等质量实体板的最终挠度与泡沫子弹冲量间的量化关系为：

w=a₂.I+b₂                                 (2-2)
其中，w，I分别为后面板中心点的最终挠度与泡沫子弹的冲量；a₂、b₂为拟合参数，分别为6.05mm/N.s和0.327mm。