闭孔泡沫铝夹芯板交通运输抗冲击性能研究(10)

冲击波在夹芯板中的传播特性

泡沫铝芯体夹层板中，因为钢板的厚度小，在冲击力作用下，产生的塑性变形很小，因此，夹层板体主要通过泡沫铝被压缩来吸收能量，随着泡沫铝芯体塑性变形的增大，大量的压缩能量被吸收，而单位体积泡沫铝芯体所吸收的能量C可由下式来表达：

C=∫^εd₀σdε                                        (2-4)

式中：ε_d为泡沫铝芯体压缩至致密化开始时的应变量；σ为流动应力；ε为应变。对于一个给定的试件，当应变是ε_d时，其单位体积吸收的能量可以用应力-应变曲线下的积分面积来表示。泡沫铝芯体夹层板在受压载荷时，孔壁经历了弹性、塑性和致密化变形阶段，在线弹性区吸能不多，而在屈服平台区应力几乎不变，能量被大量吸收。

冲击波在多层结构中的传播以及对结构的损伤由于结构、结构中的介质、冲击波的相互作用而变的相当复杂。然而，在碰撞或爆炸的冲击波峰值压力p≤100MPa时，用弹性波理论分析物体在冲击载荷作用下所形成的应力波的反射和透射问题，方法简单而且非常有效。

由于泡沫铝夹芯板由不同材料粘贴形成的，所以冲击波首先透过钢板然后到达泡沫铝再到达钢板。钢板和泡沫铝的波阻尼不一样，所以冲击波将在交界面上发生反射和透射。

冲击波到达面板时，由分界面传入的压缩波首先进入面板中，之后，压缩波的一部分在面板与底板之间的分界面上反射，另一部分传到底板中。以σ_i，ν_i表示传入底板中的应力和质点运动速度。

根据能量守恒和动量守恒，得入射波阵面上的应力为

σ_i=-ρ₁C₁ν_i                                        (2-5)

入射波在两种介质的分界面上发生反射和透射，反射波阵面上的应力(经过反射进入面板)为

σ_r=-ρ₁C₁ν_r                                        (2-6)

透射波入底板中的应力波阵面上的应力为

σ_t=-ρ₂C₂ν_t                                         (2-7)

式中：ρ₁，ρ₂分别为面板与底板的速度；C₁,C₂分别为面板与底板中应力波的传播速度。

在分界面上，应力和质点运动速度应保持连续，因此

σ_i+σ_r=σ_t                                          (2-8)

ν_i+ν_r=ν_t                                          (2-9)

由式(2-8)和式(2-9)可以求出σ_r和σ_t。

σ_r=ρ₂C₂-ρ₁C₁/ρ₂C₂ +ρ₁C₁                               (2-10)

σ_t=2ρ₂C₂σ_i/ρ₂C₂ +ρ₁C₁  =（1+ρ₂C₂-ρ₁C₁/ρ₂C₂ +ρ₁C₁ ）σ_i       (2-11)

由式(2-11)中可以看出，当ρ₁C₁ >ρ₂C₂时，进入钢板中的应力波只是入射波应力σ_t的一部分，且当ρ₁C₁ 愈大时，σ_t愈小。

根据式(2-11),由于钢板的波阻抗远远大于泡沫铝的波阻抗，当冲击波进入防护系统的泡沫铝中时，冲击波的强度已经大大减弱，但当波通过泡沫铝进入钢板时，钢板的波阻抗大于泡沫铝的波阻抗，使波的强度有所增强。