丁 生 寶, 李 楷*, 苑 志 江, 蔣 曉 剛, 陸 叢 紅

(1.大連理工大學(xué) 船舶工程學(xué)院, 遼寧 大連 116024;2.海軍大連艦艇學(xué)院 航海系, 遼寧 大連 116018 )

0 引 言

近年來水下武器的迅速發(fā)展,對(duì)水面艦船的威脅日益升高,艦船在水面航行時(shí)遭受新式武器打擊的方式逐漸多樣化．為提高艦船的自我防護(hù)能力和安全性,在設(shè)計(jì)建造時(shí)必須對(duì)艦船的結(jié)構(gòu)采取防護(hù)抗爆設(shè)計(jì),減小艦船遭受水下爆炸時(shí)產(chǎn)生的破壞,提高艦船的抗爆抗沖擊性能．因此,對(duì)艦船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求,開展新型防護(hù)結(jié)構(gòu)研究具有重要意義．傳統(tǒng)的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多數(shù)通過增加原始結(jié)構(gòu)的重量來提高結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能,這種方式會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的吸能效率和成本等方面產(chǎn)生巨大的影響,并不適用于當(dāng)前艦船結(jié)構(gòu)對(duì)防護(hù)性能的要求[1]．

目前,隨著激光焊接技術(shù)的發(fā)展,夾層板作為一種輕型結(jié)構(gòu)在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用[2],在船舶領(lǐng)域也受到了大量學(xué)者的青睞．張延昌等[3]對(duì)V型夾層板做了橫向吸能探究,利用Dytran軟件對(duì)不同折疊式夾層板的抗爆性能進(jìn)行了數(shù)值分析,并進(jìn)行了實(shí)際的水下爆炸試驗(yàn),分析了夾層板對(duì)水下爆炸的防護(hù)性能．王自力等[4]通過試驗(yàn)的形式,對(duì)實(shí)際艦船結(jié)構(gòu)中折疊式夾層板進(jìn)行了分析,探究夾層板板架結(jié)構(gòu)在艦船實(shí)際遭受沖擊時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)．吳敵等[5]研究了水下非接觸爆炸對(duì)U型折疊式夾層板的防爆性能,通過對(duì)比分析證明其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的加筋板．Tilbrook等[6]對(duì)Y型夾層結(jié)構(gòu)的壓皺變形進(jìn)行了試驗(yàn)分析,結(jié)果與仿真數(shù)值比較具有高度的一致性．Ren等[7]利用水下爆炸試驗(yàn)對(duì)水背金屬夾層板變形模式進(jìn)行了探究,通過試驗(yàn)和仿真的結(jié)果比較,認(rèn)為在相同條件下,水背夾層板比氣背夾層板具有更好的抗變形和抗損傷能力．Dharmasena等[8]運(yùn)用試驗(yàn)裝置對(duì)多種夾芯形式的夾層板開展研究,分析了各種夾芯形式夾層板的抗沖擊性能．Sriram等[9]研究了爆炸荷載下泡沫鋁夾層板的失效模式,總結(jié)出沖擊波的峰值變化規(guī)律,分析了泡沫鋁夾層板的抗沖擊性能．

以上研究表明夾層板結(jié)構(gòu)能夠有效提升抗沖擊性能,有必要進(jìn)一步探索夾層板結(jié)構(gòu)的不同形式對(duì)抗沖擊性能的影響．本文基于前期的文獻(xiàn)研究與實(shí)際的模擬計(jì)算,提出V-X型、V-Z型、V-T型3種改進(jìn)組合形式的夾層板結(jié)構(gòu),通過數(shù)值模擬分析,對(duì)這些結(jié)構(gòu)的抗爆性能進(jìn)行驗(yàn)證．同時(shí)研究夾層板在水下爆炸沖擊荷載下結(jié)構(gòu)的損傷變形及其防護(hù)性能,分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)夾層板性能的影響,為艦船的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考．

1 夾層板結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬模型

傳統(tǒng)的V型夾層板由上下面板及中間的芯層部分組成,這種夾層板的強(qiáng)度較高,抗沖擊性能較好．因此,考慮在性能較優(yōu)的V型夾層板的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)幾種新型的芯層結(jié)構(gòu),并與V型夾層板進(jìn)行對(duì)比,評(píng)估改進(jìn)夾層板的抗爆抗沖擊性能．

1.1 數(shù)值模擬模型建立

夾層板一般由薄板整體折疊而成,可以使用當(dāng)前較為成熟的壓制技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯層的制造．本文對(duì)文獻(xiàn)[3-4]中V型夾層板進(jìn)行改進(jìn),依據(jù)等質(zhì)量原則進(jìn)行概念設(shè)計(jì),其中基本的V型夾層板質(zhì)量控制在100 kg左右,改進(jìn)的夾層板增加了折板設(shè)計(jì),能夠保證夾層板具有一定的橫向強(qiáng)度,經(jīng)過計(jì)算,共提出3種性能較優(yōu)的夾層板(V-X型、V-Z型、V-T型),其基本截面尺寸和結(jié)構(gòu)形式如表1和圖1所示．

表1 設(shè)計(jì)方案

(a) V型

(b) V-X型

(c) V-Z型

(d) V-T型

1.2 計(jì)算模型

夾層板結(jié)構(gòu)均采用Belytschko-Tsay殼單元進(jìn)行模擬,面板和芯層結(jié)構(gòu)單元尺寸均為20 mm,芯層的斜邊設(shè)置3或4個(gè)單元,夾層板的四周均設(shè)置為剛性固定邊界,芯層與上下面板之間通過關(guān)鍵字*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE實(shí)現(xiàn)接觸設(shè)置,芯層與面板的連接處采用共節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行處理,保證面板與芯層在受到外界沖擊時(shí)具有相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),符合實(shí)際情況．

計(jì)算的歐拉域大小為4 m×4 m×5 m,如圖2所示．采用1 kg當(dāng)量的球型TNT炸藥,1 m爆距,沖擊因子為1的水下非接觸爆炸工況對(duì)夾層板進(jìn)行計(jì)算．為了保證計(jì)算效率,在夾層板附近局部加密流域,流域模型共包含30×104個(gè)六面體單元,夾層板水平漂浮在水域中．同時(shí)在歐拉域邊界設(shè)置非反射邊界條件．對(duì)于流域,建立夾層板迎爆面與流域耦合．計(jì)算時(shí)長為20 ms,在整個(gè)爆炸過程中,僅考慮沖擊波對(duì)夾層板的壓皺變形．

圖2 流域有限元模型

2 數(shù)值模擬材料參數(shù)及模型驗(yàn)證

2.1 結(jié)構(gòu)材料參數(shù)與爆轟物狀態(tài)方程

夾層板材料采用低碳鋼,密度為7 850 kg/m3,彈性模量為210 GPa,泊松比為0.3,失效塑性變形為0.3,采用Cowper-Symonds本構(gòu)模型描述受應(yīng)變率影響的材料在動(dòng)態(tài)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,公式[10]如下：

(1)

炸藥材料為TNT,利用材料庫中8號(hào)材料*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN來模擬炸藥的屬性,用JWL狀態(tài)方程來模擬爆炸產(chǎn)物,爆轟物狀態(tài)方程[11]如下：

(2)

式中：p為爆炸壓力;ρ為炸藥密度;ρ0為爆轟開始時(shí)的炸藥密度;Em0為初始熱力學(xué)能;參數(shù)A、B、R1、R2、ω為炸藥相關(guān)參數(shù),與炸藥的種類有關(guān)．表2列出了炸藥材料及狀態(tài)方程參數(shù)．其他介質(zhì)的參數(shù)主要來自文獻(xiàn)[12]．

表2 炸藥材料及狀態(tài)方程參數(shù)

2.2 水下爆炸數(shù)值模擬方法驗(yàn)證

為了驗(yàn)證數(shù)值方法的正確性,參照文獻(xiàn)[4]中夾層板在炸藥作用下的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?建立了有限元數(shù)值模型,該夾層板上下面板之間的高度為120 mm,下面板尺寸為1 140 mm×1 040 mm,上面板尺寸為1 080 mm×1 040 mm,面板及芯層的厚度均為4 mm．文獻(xiàn)[4]中選取了沖擊因子為1與0.67兩種工況進(jìn)行了夾層板水下爆炸試驗(yàn),這兩種工況下試驗(yàn)效果較好,因此,選取這兩種情況進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證．歐拉域采用六面體網(wǎng)格模擬,整體大小為5 m×5 m×8 m．使用小炸藥當(dāng)量時(shí)可忽略自由面的影響,因此將水域視為無限場(chǎng)域,并且對(duì)所有自由面設(shè)置無反射邊界條件,拉格朗日結(jié)構(gòu)和歐拉域采用通用耦合方法模擬．歐拉域網(wǎng)格尺寸對(duì)結(jié)果的影響較大,因此對(duì)試驗(yàn)中沖擊因子為1的工況進(jìn)行網(wǎng)格靈敏度分析．夾層板整體網(wǎng)格尺寸為20 mm,在其他條件相同時(shí),以夾層板為中心附近各個(gè)方向1.5 m處為均勻網(wǎng)格,為了保證計(jì)算效率,在1.5 m處以外的網(wǎng)格采用均勻網(wǎng)格的2倍尺寸．對(duì)于均勻網(wǎng)格,尺寸從30～80 mm進(jìn)行變化．可以看出,隨著網(wǎng)格尺寸加大,夾層板下面板中心的位移逐漸變小直到維持在一定水平,當(dāng)網(wǎng)格尺寸在40 mm時(shí)計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)[4]中測(cè)量值接近．圖3表示網(wǎng)格尺寸d和下面板中心位移u之間的關(guān)系,因此為了保證計(jì)算的可靠度和效率,進(jìn)行后續(xù)計(jì)算時(shí),在夾層板周圍1.5 m以內(nèi)的網(wǎng)格尺寸均采用40 mm,距離結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)處,網(wǎng)格尺寸進(jìn)行漸變．

圖3 網(wǎng)格尺寸與夾層板下面板中心位移關(guān)系

表3列出了兩種沖擊因子下采用40 mm網(wǎng)格尺寸時(shí)試驗(yàn)值(下面板中心位移)和模擬值的結(jié)果,兩者存在一定的誤差,誤差在±5%以內(nèi)．

表3 夾層板下面板中心變形結(jié)果

如圖4所示,數(shù)值模擬中夾層板表現(xiàn)出較大的塑性變形,由于邊界條件的限制,夾層板邊緣板格的變形大于中間板格的,符合文獻(xiàn)[4]中觀察到的現(xiàn)象．圖5為試驗(yàn)結(jié)果圖．根據(jù)上述結(jié)果,可以認(rèn)為本文有限元模擬方法能夠準(zhǔn)確地反映夾層板在水下爆炸中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)．

圖4 模型模擬結(jié)果驗(yàn)證

圖5 文獻(xiàn)[4]中試驗(yàn)結(jié)果

3 改進(jìn)夾層板抗沖擊性能數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1 變形損傷模式

圖6為V型夾層板某一時(shí)刻速度矢量圖,可見爆炸產(chǎn)生的沖擊對(duì)夾層板中心范圍產(chǎn)生較大幅度振動(dòng),速度依次向外擴(kuò)散然后縮減,中心處速度較大．其余3種結(jié)構(gòu)的速度矢量與V型結(jié)構(gòu)變化效果相似．各種夾層板最終塑性變形如圖7所示,各夾層板的最大位移均發(fā)生在下面板中心處．可以清楚地看到水下爆炸產(chǎn)生的沖擊波首先作用于下面板,然后經(jīng)過芯層傳遞給上面板,V型夾層板的下面板發(fā)生了較大的變形,結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)局部上凸的趨勢(shì),上面板由于芯層的緩沖作用,變形相對(duì)緩和,局部變形較小,與文獻(xiàn)[13-14]中現(xiàn)象相同．隨著沖擊波的傳播,荷載由結(jié)構(gòu)向四周傳遞,幾種結(jié)構(gòu)的變形模式相同．改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)除了V-T型局部變形較傳統(tǒng)的V型夾層板要大,其余兩種變形都有明顯的改善,說明改進(jìn)的曲折結(jié)構(gòu)能有效起到緩沖作用．當(dāng)夾層板應(yīng)用于船體結(jié)構(gòu)時(shí),船上的設(shè)備主要通過連接裝置安裝于上面板,因此上面板的位移很大程度上反映了結(jié)構(gòu)的安全性能．各種夾層板上面板中心位移時(shí)程曲線如圖8所示,可以看到,V型夾層板中心最大位移為66.1 mm,V-X型中心最大位移為56.6 mm,V-Z型中心最大位移為63.0 mm,V-T型中心位移最大,為72.1 mm,可能是T型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在傳遞荷載時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)振動(dòng)較大所致．其中V-X型夾層板產(chǎn)生的位移較V型減小了14.4%左右,效果較好．所有結(jié)構(gòu)在爆炸產(chǎn)生沖擊波的10 ms內(nèi)均達(dá)到了最大位移,隨后結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性振動(dòng),位移始終處于同一水平．

圖6 V型夾層板速度矢量圖

(a) V型

(b) V-X型

(c) V-Z型

(d) V-T型

圖8 夾層板上面板中心位移時(shí)程曲線

3.2 加速度與速度響應(yīng)

圖9和圖10分別為夾層板上面板中心的速度和加速度時(shí)程曲線．夾層板的速度和加速度在沖擊波瞬時(shí)作用下達(dá)到峰值,然后減小到反方向的最大值,幾種夾層板的運(yùn)動(dòng)變化趨勢(shì)相似,但是峰值有明顯的變化．由圖9可知,V型夾層板的速度峰值為27.1 m/s,改進(jìn)的V-X、V-Z、V-T型夾層板的速度峰值分別為19.5、19.2、20.1 m/s,平均減小了28%左右,有著明顯的緩和趨勢(shì)．加速度曲線在0～6 ms內(nèi)有著劇烈的波動(dòng),由圖10可知,V型夾層板的最大加速度為100.3 km/s2,改進(jìn)的V-X、V-Z、V-T型夾層板的加速度峰值分別為97.5、107.0、87.8 km/s2,改進(jìn)的夾層板除了V-Z型加速度峰值相比原始V型稍微偏大,其余兩種加速度均小于原始夾層板．在沖擊波作用過后,加速度曲線有小范圍的波動(dòng),在低頻振蕩中徘徊．由于夾層板與流體的耦合作用,夾層板的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)隨著自由液面的振蕩逐漸衰減．通過以上比較分析,可以看到改進(jìn)的夾層板在速度和加速度響應(yīng)方面優(yōu)于傳統(tǒng)的夾層板,對(duì)減小上面板遭受到的外界沖擊有著積極作用．

圖9 夾層板速度時(shí)程曲線

圖10 夾層板加速度時(shí)程曲線

3.3 結(jié)構(gòu)吸能模式

爆炸產(chǎn)生的沖擊波作用于夾層板上,炸藥產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,再轉(zhuǎn)化為夾層板的塑性變形能．由于沖擊波持續(xù)時(shí)間短,夾層板吸收能量在6 ms左右達(dá)到最大值而后趨于穩(wěn)定．在夾層板中通過各部位吸能情況可以看出,下面板和芯層是主要的吸能構(gòu)件,占整個(gè)夾層板總吸能的70%以上．原始的V型夾層板上面板吸能占總吸能的28%,芯層的吸能占總吸能的29.6%,兩者吸能程度相當(dāng)．圖11為夾層板各部位吸能曲線,可以看到改進(jìn)的3種夾層板芯層的吸能能力均強(qiáng)于原始夾層板．改進(jìn)后的3種夾層板通過芯層的折板緩沖設(shè)計(jì),有效減小了上面板的變形,上面板的吸能占比均有所降低,由原始的28%降到了10%～20%．同時(shí),芯層的吸能占比提高了10%左右,特別是V-Z型夾層板,中部芯層的吸能效果最優(yōu),吸能效率提高了70.5%．V-X和V-T型兩種形式夾層板的吸能效果相當(dāng),分別提升了42.6%和39.5%．改進(jìn)的結(jié)構(gòu)總吸能也有所提升,V-X型總吸能提高了16.7%,V-Z型提高了19.5%,V-T型提高了14.4%．

圖11 夾層板各部位吸能曲線

通過表4統(tǒng)計(jì)的夾層板吸能數(shù)據(jù)可以看到,這里引入比吸能(結(jié)構(gòu)吸能與質(zhì)量的比值)作為結(jié)構(gòu)吸能評(píng)價(jià)因子．通過對(duì)比分析可見,改進(jìn)的夾層板比吸能均比原始V型夾層板效果好,V-X型提升了20.9%,這充分證明了改進(jìn)的夾層板能夠有效減少爆炸對(duì)上面板的損傷,可以減小對(duì)上面板安放設(shè)備的沖擊影響．

表4 結(jié)構(gòu)吸能

3.4 綜合分析比較

通過以上數(shù)據(jù)分析可知,在吸能方面,3種改進(jìn)的夾層板效果相當(dāng),但是在上面板位移和產(chǎn)生的加速度方面,V-T型夾層板產(chǎn)生的損傷變形最大,V-Z型夾層板產(chǎn)生的加速度峰值也稍微偏大,這兩種相比原始的夾層板均有一定的缺陷,通過綜合比較,只有V-X型夾層板在各方面的性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的V型夾層板．這同時(shí)也反映了夾層板結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)整個(gè)夾層板的抗爆性能有一定的影響．接下來將對(duì)V-X型夾層板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析．

4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)改進(jìn)夾層板結(jié)構(gòu)抗爆性能的影響分析

為探究改進(jìn)的V-X型夾層板結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)抗爆性能的影響規(guī)律,保持其他條件不變,將面板厚度、芯層厚度、面板-芯層夾角以及芯層高度作為變量,進(jìn)行了與上述工況相同的計(jì)算．評(píng)價(jià)參數(shù)選取上下面板位移、速度、加速度以及比吸能作為結(jié)構(gòu)的抗沖擊響應(yīng)評(píng)估．下列表格中“/”前為上面板響應(yīng)參數(shù),后為下面板響應(yīng)參數(shù)．

4.1 面板厚度對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響

改變上下面板厚度t2,分別計(jì)算了面板厚度為2、3、4、5 mm工況下的響應(yīng)．計(jì)算結(jié)果匯總于表5,圖12為結(jié)構(gòu)的吸能占比e．可以看出,面板厚度增加的同時(shí),上下面板的位移呈階梯式下降,這是由于面板厚度增加使得結(jié)構(gòu)剛度提升,從而減小了結(jié)構(gòu)的彎曲變形．同時(shí),下面板的速度和加速度逐漸下降,但是,面板厚度的增加,使得結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量增加,比吸能呈現(xiàn)較大幅度的減小,整體結(jié)構(gòu)吸能效率變低．因此,增加面板厚度能有效減少結(jié)構(gòu)的塑性位移,減緩結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)幅度,但是吸能效率過低．

表5 不同面板厚度下計(jì)算結(jié)果

圖12 不同面板厚度下夾層板各部分吸能占比

4.2 芯層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響

改變芯層厚度t1,保持其他參數(shù)不變,分別計(jì)算了芯層厚度為3、4、5、6 mm時(shí)夾層板的工況響應(yīng)情況．計(jì)算結(jié)果匯總于表6,圖13為結(jié)構(gòu)的吸能占比．可以觀察到,上下面板的位移均呈下降趨勢(shì),和面板厚度增加的情形類似,這是由于芯層厚度增加的同時(shí)其壓皺變形減小,上下面板的速度、加速度峰值先減小后增大再減小,總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)．吸能方面,隨著芯層厚度增加,結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量增加,剛度亦增加,結(jié)構(gòu)變形減小,從而導(dǎo)致比吸能逐漸降低．芯層的吸能占比小幅度增加后維持在一定的水平范圍內(nèi),在這期間,由于上面板的變形逐漸減小,上面板的吸能也逐漸減少,能量主要由芯層和下面板吸收．當(dāng)芯層厚度大于等于4 mm時(shí),結(jié)構(gòu)的塑性位移變化較小,速度和加速度開始增大然后減小,說明存在較優(yōu)的芯層厚度(4 mm)使得夾層板速度和加速度取得最小值．因此,增加芯層厚度能明顯改善夾層板的變形,但是吸能效率也會(huì)相應(yīng)降低．

表6 不同芯層厚度下計(jì)算結(jié)果

圖13 不同芯層厚度下夾層板各部分吸能占比

4.3 面板-芯層夾角對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響

改變面板-芯層夾角α,保持其他參數(shù)不變,計(jì)算了夾角分別為27°、40°、50°、60°時(shí)夾層板的工況響應(yīng)情況．計(jì)算結(jié)果匯總于表7,圖14為結(jié)構(gòu)的吸能占比．夾角的改變對(duì)結(jié)構(gòu)的塑性位移有一定的改善,但是超過40°后對(duì)上下面板的位移影響不是很大,最后維持在60 mm上下浮動(dòng)．在速度和加速度方面,下面板的峰值變化幅度較小,上面板的加速度峰值浮動(dòng)較大．在吸能方面,夾角的增加使得芯層的吸能逐漸降低,上面板吸能程度相當(dāng),有小范圍的數(shù)值波動(dòng),夾角的改變對(duì)整體結(jié)構(gòu)的吸能影響較小,比吸能數(shù)值接近．綜上,夾角的改變對(duì)夾層板的影響較小,從運(yùn)動(dòng)沖量方面考慮,當(dāng)夾角小于40°時(shí),其防爆性能較優(yōu)．

表7 不同面板-芯層夾角下計(jì)算結(jié)果

圖14 不同面板-芯層夾角下夾層板各部分吸能占比

4.4 芯層高度對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響

計(jì)算了芯層高度分別為50、60、70、80 mm時(shí)夾層板的工況響應(yīng)情況．計(jì)算結(jié)果匯總于表8,圖15為結(jié)構(gòu)的吸能占比．通過夾層板塑性變形過程以及數(shù)據(jù)分析可以看出,隨著芯層高度的增加,上下面板的塑性變形均有所減小,這是由于芯層高度增加導(dǎo)致夾層板彎曲剛度增加,對(duì)夾層板整體變形有利,使得沖擊波傳遞至上面板的荷載降低,有效緩和了上面板的塑性變形．在吸能方面,由于夾層板高度增加,相應(yīng)地吸能水平有所提高,下面板的吸能水平維持在一定范圍內(nèi)．在兩者的相互結(jié)合下,上面板的吸能逐漸減少,可有效保護(hù)上面板．但是不同高度的夾層板整體比吸能水平相同．在速度和加速度方面,芯層高度對(duì)下面板的影響較大,上面板的峰值維持在一定水平范圍內(nèi),綜合比較,當(dāng)芯層高度等于70 mm時(shí),夾層板的防爆效果較好．

表8 不同芯層高度下計(jì)算結(jié)果

圖15 不同芯層高度下夾層板各部分吸能占比

5 結(jié) 論

(1)在近場(chǎng)水下爆炸下,改進(jìn)的V型夾層板和原始結(jié)構(gòu)變形一致,夾層板受到爆炸產(chǎn)生的沖擊波作用發(fā)生彎曲變形,下面板產(chǎn)生較大塑性變形,由于芯層折板的橫向強(qiáng)度較大,結(jié)構(gòu)局部產(chǎn)生壓皺屈曲;同時(shí)爆炸產(chǎn)生的能量主要由下面板和芯層吸收,上面板僅發(fā)生小幅度的變形．

(2)改進(jìn)的V-X型夾層板綜合性能最優(yōu),V-Z與V-T型夾層板在變形模式和加速度響應(yīng)等方面較原始夾層板有不足．經(jīng)過計(jì)算,V-X型夾層板的上面板位移較原始夾層板減小了14.4%,速度下降了28.0%,總吸能提高了16.7%,比吸能提升了20.9%,可以看出改進(jìn)的V-X型夾層板抗爆性能有明顯提升,在保留原始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí),吸能能力也得到了較大的改善．

(3)對(duì)V-X型夾層板各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析后可以看出,面板和芯層厚度對(duì)夾層板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和吸能有較大影響,厚度越大,結(jié)構(gòu)變形越小,但是吸能效率會(huì)降低;面板-芯層的夾角小于40°時(shí)其防爆性能可以維持一定水平,夾角大于40°后結(jié)構(gòu)性能變?nèi)?芯層高度增加對(duì)結(jié)構(gòu)的吸能影響較小,但能明顯改善結(jié)構(gòu)的變形．

(4)改進(jìn)的夾層板增加了芯層結(jié)構(gòu)的多樣性,在不增加結(jié)構(gòu)毀傷變形的情況下V-X型夾層板的抗爆能力有顯著提高,應(yīng)用于艦船結(jié)構(gòu)時(shí),可以通過增加自身的吸能來緩沖水下爆炸沖擊波對(duì)艦船的作用力,減少對(duì)艦船結(jié)構(gòu)內(nèi)部的沖擊,改善沖擊環(huán)境,提高艦船內(nèi)部人員和設(shè)備的防護(hù)能力．因此,改進(jìn)的V-X型夾層板能為新型艦船的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo),具有較高的實(shí)用性．