第
31
卷第
23
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
31
No.23
2012
泡沫铝夹芯圆筒抗爆性能研究
刘新让田晓耕卢天健梁斌
2
王伊卿
3
(1.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室，西安
710049 ;
2.
中国矿业大学徐海学院，徐州
I
221008
;3.
西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安
710049)
摘
要:在验证了所用方法有效性的基础上，采用有限元软件
LS-DYNA
分析了重量相同、由
A3
钢和闭孔泡沫铝
制成的夹芯圃筒与由
A3
钢制成的实体圆筒在
3
种不同爆炸载荷作用下的动力响应，同时分析了
5
种不同夹芯圆筒的抗
爆性能。结果表明，在相同爆炸载荷的条件下，无论是在变形还是在能量吸收方面，夹芯圆筒都优于相同重量的实体圆
筒;对于夹芯圆筒，内面板厚度应不大于外面板厚度，这样能在降低夹芯圆筒整体变形的同时发挥泡沫铝芯层的吸能
优势。
关键词:爆炸载荷;泡沫铝;三明治夹芯;圆筒;抗爆性能;数值模拟;能量吸收
中图分类号
0383
文献标识码
A
BIast-resistance
behaviors
of
sandwich-walled
hollow
cylinders
with
aluminum
foam
cores
Ll
U Xin-rang
1
, TIAN
Xi
α
o-geng
1
, LU
Ti
α
n-JL
α
n
1
，
LIANG
Bin
2
, WANG
Yi-qini
(1. State
Key
Laboratory
for
Mechanical Structural Strength
and
Vibration ,
Xi'
an
Ji
aotong
Vniversity , Xi'
an
710049 , China;
2.
Xuhai
College
,
China
Vniversity
of
Mining
&
Technology
,
Xuzhou
221008 , China;
3. State
Key
Laboratory
for
Mechanical Manufacturing
Systems
Engineering , Xi'
an
Jiaotong Vniversity , Xi'
an
710049 , China)
Abstract:
Based
on
the
verified effectiveness of the finite
element
method
used
here
,
the
dynamic
responses
of
two
different hollow
cylinders
with
equal
masses
were
studied
using
LS-DYNA
under
three
different
blast
loadings.
One
of
the
two
cylinders
had
a
sandwich
wall with A3 steel
face-sheets
and
close-celled
aluminum
foam
core
,
and
the
other
had
a
monolithic A3
steel
wall.
In
addition
,
the
blast-resistance
behaviors
of
five different
sandwich-walled
hollow
cylinders
were
studied.
The
results
demonstrated
that
the
sandwich-walled
hollow
cylinder
is
superior
to
the
one
with monolithic solid wall
under
the
same
blast
loading,
either
in
deformation
or
in
energy
absorption;
for
the
sandwich
-walled hollow
cylinder
,
the
thickness
of
its
inner
face-sheet
should
not
be
bigger
than
that
of
its
outer
face-sheet;
and
only in this
condition
,
the
global
deformation
of
the
sandwich-walled
hollow
cylinder
can
not only
be
reduced
,
but
also
the
advantage
of
the
energy
absorption
of
foam core
can
be
taken.
Key
words:
blast
loading;
aluminum
foam;
sandwich;
hollow
cylinder;
blast
resistance;
numerical
simulation;
energy
absorption
无论是在军事领域还是民用领域，爆炸冲击防护
都极为重要。合理设计的、由单-材料制成的实体防
爆结构虽然能够满足防爆要求，但通常会使得被保护
装置异常笨重，限制了其灵活性，尤其是在有移动需求
的防护场合，如警用防爆罐、舰船、特种汽车等。近年
来，国内外的反恐斗争对防爆罐的便携性提出了更高
要求，开发新型轻质抗爆结构的重要性和迫切性日益
基金项目:国家自然科学基金
(50975221)
;国家重大基础研究计划项目
(2011
CB610305
)
;高等学校博士学科点专项科研基金
(20110201110062)
;陕西省科技计划项目
(20
1O
K
lO
-10)
;西安市科
技支撑计划
(CXY1020)
;中央高校基本科研业务费专项资金资助
收稿日期
2011
-06-27
修改稿收到日期
:2012
-05
-28
第一作者刘新让男，博士生，
1983
年
9
月生
通讯作者回晓耕男，博士生导师，
1967
年
3
月生
突出。
由于闭孔泡沫铝夹芯结构具有密度低、吸能高等
优良的力学性能，对有效提高防爆结构的抗爆性具有
显著的应用价值，吸引了国内外众多学者对其抗爆性
能进行研究。
Sriram
等
[1]
对面板材料为环氧玻璃、芯
层材料为泡沫铝的三明治夹芯结构在爆炸作用下的响
应进行了数值模拟，分别讨论了面板、泡沫铝芯层和三
明治夹芯板这
3
种结构在爆炸载荷作用下的响应，并
模拟了一个由这种夹芯板组成的立方盒子在承受内部
爆炸作用下的响应，发现立方盒中夹芯板的连接部位
的应力较高，说明利用夹芯板制造抗爆装备时，需要对
板的连接处进行加固。
Zhu
等
[2J
采用实验和数值模拟
方法，研究了四周固支泡沫铝夹芯板在爆炸载荷作用
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