空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展.pdf

第 卷 第 期 年 月应用力学学报 .收稿日期:修回日期:基金项目:陕西省自然科学基础研究计划资助项目(.)通信作者:吕锦锋研究员:.引用格式:党蒲妮吕锦锋王斌.空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展.应用力学学报():.():.文章编号:()吕锦锋研究员 年出生于陕西西安 年毕业于南京理工大学获工学硕士学位 年在英国克莱菲尔德大学留学获理学硕士学位 现任航空工业第一飞机设计研究院某型号主任设计师主要从事飞机强度设计及强度技术研究工作专业领域包括运输类飞机水上迫降设计、飞机结构抗离散源冲击设计、飞机振动响应及控制技术研究、飞机结构高生存力设计等 先后主持并参与装发共用技术预研课题、工信部民机专项科研课题、空装预研课题、航空支撑技术项目等各类科研项目 余项发表学术论文 余篇授权发明专利 项主编航空工业集团标准 项获得国防科技进步奖等各类科技成果 余项 空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展党蒲妮吕锦锋王斌(航空工业第一飞机设计研究院 西安)摘 要:随着军事需求的不断增加多种武器设备都会面临爆炸冲击波环境生存问题例如水下爆炸冲击波对船舶的作用、空中爆炸冲击波对飞机、导弹等结构的影响等因此爆炸冲击波载荷作用下结构的动态响应及防护研究是一个急需关注的热点与难点问题 本研究主要对空中爆炸冲击波方向的研究进行了详细的梳理及综述 首先对空中爆炸冲击波载荷的参数经验公式计算、数值模拟及载荷试验验证研究进展进行了综述进一步详细介绍了冲击波作用下平板结构、加筋结构及其他典型结构的动响应研究及抗冲击波结构设计进展研究成果内容涉及爆炸冲击波作用下结构的理论与数值模拟方法研究、结构损伤及破坏效应研究、结构抗冲击波及防护设计研究、结构抗爆吸能特性研究、空中爆炸冲击波试验方法及验证研究等最后基于目前已有的研究成果从技术成熟的角度对此领域进行了总结与展望并提出了几方面急需研究解决的关键技术问题为后续的工程类结构抗冲击波设计研究提供参考关键词:空中爆炸冲击波动态响应结构抗冲击波设计抗爆吸能理论与数值模拟中图分类号:.文献标志码:./.应用 力 学 学 报第 卷投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报 ():.:开展爆炸冲击波载荷作用下结构的动力响应研究对改善其防护性能具有非常重要的意义历年来各位学者对结构在爆炸冲击波下的动力学响应做了广泛深入研究例如水下爆炸冲击波对于舰船结构的响应工程结构中爆炸冲击波对建筑物的作用冲击波对爆炸容器的作用空中爆炸冲击波对于飞行器结构的作用等近年来学者们纷纷对各类工程结构在爆炸冲击波下的动响应研究进行了综述张舵等对箱体结构在内部爆炸冲击波加载下动力学响应及其破坏模式的研究成果进行了综述陈岩武等针对潜艇结构对于结构在水下爆炸冲击波的毁伤效应研究进行了分类总结陈叶青等对爆炸荷载作用下高坝的数值仿真及抗爆试验进行综述并提出了急需解决的关键技术问题王礼力对第 届国际理论与应用力学大会上和应用国际学术会议有关爆炸冲击载荷下结构和材料动态响应的研究论文进行回顾和综合分析并分别从应力波、结构的高应变率响应和材料的高应变率响应 个方面就其新进展和新动向进行述评杨科之等对空气中爆炸冲击波的传播和衰减特性研究进展进行了综述包含空中爆炸、近地爆炸及有限空间的内爆炸并给出了后续应急需研究的几个问题 然而关于空中爆炸冲击波对于结构的动力学响应研究综述较少关于空中爆炸冲击波对飞行器结构的影响国外军事强国对此非常重视投入了大量精力通过实弹打击获得了大量试验数据 经过长期积累已经建立了大量的相关专业技术手册 然而公开发布的研究成果较少 随着当代军事需求的不断增加航空设备在爆炸冲击波环境下生存力问题愈来愈突出关于爆炸冲击波对飞机效应的研究基础缺少空中爆炸冲击波设计要求相关的标准规范体系不健全并且缺乏有效分析手段对飞机等相关结构抗冲击波设计带来挑战第 期党蒲妮 等:空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展 投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报飞机构件通常是加筋结构其主要特点是蒙皮比较薄且采用了大量的薄壁元件(薄壁杆、板、壳、梁等)组合结构容易产生较大的应变从而导致在加筋处产生很大的拉伸应力导致大的塑性变形造成构件的毁伤 因此为使飞机结构能有效的抵抗空中爆炸冲击波或者为了解爆炸冲击波的破坏力都必须考虑飞机典型结构在冲击波作用下的动响应 因此本研究从典型结构梁、平板及加筋板结构出发进而延伸到其他结构对其在爆炸冲击波及联合效应下的动力学响应及结构抗冲击波设计研究进展进行了总结和概括同时对冲击波载荷相关理论进行了综述以期为后续学者们对飞机等相关结构在爆炸冲击波下的动力学响应研究提供参考和借鉴 空中爆炸冲击波载荷研究爆炸冲击波的载荷计算方法主要有理论经验公式预计、数值模拟及试验验证模拟、工程简化计算研究等 爆距为 的空气冲击波的理想波形如图 所示其中 为初始大气压力 为爆距 处的超压峰值 为负压的峰值 为冲击波到达的时间为正压时间 为负压时间在理论计算方面早期许多国外的学者围绕炸药的爆炸参数进行了大量的研究主要是通过冲击波压力、超压峰值、冲量及持续时间等参数来描述炸药爆炸产生的入射冲击波的传播规律而冲击波的各种参数常通过比例距离来表达如式()所示 /()其中:为测量点与爆心之间的距离(单位:)为等效药量(单位:)通过理论推导学者们得到了不同爆炸距离和炸药下冲击波超压峰值和冲量参数的经验公式例如 公式、经验公式等分别如式()和式()所示图 空气冲击波示意图.().()此外国内学者叶晓华给出了如式()所示的计算公式该公式也可以较为准确地模拟空中冲击波超压峰值的计算.()在数值模拟方面 有学者通过 和等软件得到了超压峰值的计算结果并与“”等经验公式所计算的结果进行了比较发现数值模拟的计算结果低于经验公式的计算结果 陈新发等应用流动动力学方法对工程分析中的冲击波载荷进行了数值模拟仿真总结了超压峰值、正压时间及冲量参数的理论和经验公式形成了一套 方法并通过试验验证了此载荷计算方法的准确性为工程分析提供了参考 也有学者研究出一种预测空中爆炸载荷有效的数值模拟方法并根据已有的超压经验数据创建了一种简化路径线法用于计算空气流密度并将该方法应用于 求解器 经过实验验证该方法对于工程应用来说是足够精确有效的 在试验载荷测试及拟合方面姬建荣等利用 自由场静爆试验获取了不同装药量下爆炸冲击波正压时间数据拟合得到了冲击波正压时间如式()所示 也有学者通过空中爆炸试验获取了超压峰值和 当量、爆容和爆速的关系为冲击波载荷模拟提供了参考价值(.)()在真实的复杂工程场景下学者们综合多种因素条件对冲击波载荷的计算进行了简化 王岩等通过数值模拟仿真推导了不同火箭飞行高度 应用 力 学 学 报第 卷投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报下的爆炸冲击波峰值超压预测计算公式为结构的防护研究提供了参考价值 钟巍等提出了一种快速求解复杂环境条件下的爆炸冲击波超压峰值的计算方法通过引入能量密度因子将空中爆炸冲击波超压峰值计算公式推广至工程上常见的复杂爆炸环境中推导得到了超压峰值定性关系式最后通过实验和数值模拟证明了解析公式的准确性 汪维等为了快速确定方形平板在近爆作用下结构表面的载荷利用数值模拟方法建立了方形板结构表面上不同点处爆炸载荷的分布函数并推导了平板结构表面中心点处爆炸载荷参数的简化预测公式同时构建了结构表面任意位置点处爆炸载荷求解的一般方法 为预测任意结构构件在近爆爆炸环境下载荷参数提供了有力工具 典型结构爆炸动响应研究梁、平板及加筋板结构是工程结构中最常使用的构件也是研究爆炸冲击波下结构响应规律的基础典型性构件 此外在工程设计中许多复杂结构在详细设计时均可简化为梁板模型进行有限元建模如飞机结构的长桁、高层建筑大楼及船舶的桅杆等结构 下面就其理论研究、数值模拟及试验研究进行概述.理论研究经过早期研究矩形截面梁在均匀爆炸冲击波载荷下具有 种破坏模式分别为非弹性大变形、支座处拉伸破坏以及边界处剪切破坏 关于平板在爆炸冲击波载荷下的动响应研究最早的是在 年 等对冲击波载荷下金属平板动态响应的理论结果进行了概述并对受到局部冲击载荷下的钢板的动响应进行了研究同时证明了钢板在冲击波作用下 会发生与梁相似的 种破坏模式:塑性大变形、拉伸破坏及剪切破坏并指出随着爆炸载荷冲量的增加会出现更多丰富的破坏模式即存在一个临界冲量载荷使得钢板的破坏模式会发生重叠现象 之后 等对此种剪切破坏模式进行了详细探讨研究发现此直接剪切行为很大程度上是受冲击波峰值压力的影响并且基本上独立于所施加的比冲量同时证明了这种破坏模式源于高频贡献与弯曲无关 在所有其他条件相同的情况下此剪切失效出现的可能性会随着爆炸峰值的增加和脉冲持续时间的减少而增加结构的边界条件、支撑条件对于其爆炸动力学响应影响较大 在均匀爆炸冲击波载荷作用下全固支钢板和夹持钢板的动响应变形量相差不大但是夹持钢板会更容易发生破坏 谢雷等通过将爆炸载荷简化为三角形荷载理论分析求解了简支梁的挠度响应并进一步研究发现支撑条件(支承弹簧刚度系数、阻尼系数)对于简支梁位移响应的影响较大爆炸冲击波载荷下平板的动响应过程十分复杂精确的理论解非常难以得到通过借鉴梁的爆炸冲击响应的理论解王芳等运用能量守恒方法理论分析计算得到了爆炸冲击波作用下靶板的半经验挠度公式并通过试验验证了此分析方法为后续靶板结构挠度预测提供了理论分析方法 而对于加筋板结构近些年来关于其在爆炸冲击波作用下的动响应理论研究较少学者们主要通过试验及仿真模拟研究.数值模拟随着数值模拟仿真软件的兴起例如、等爆炸冲击波载荷下结构的动响应问题出现了相对便捷的解决手段 软件模拟工程中爆炸问题的时间步长对于动力学响应影响不可忽略有学者通过经典算例比较分析结果给出了合理的模拟时间步长为 与此同时侯俊亮等通过数值模拟仿真的手段对爆炸载荷下金属板和预制孔金属板的响应进行了模拟研究分析了 种板材在冲击波环境下的响应特点和响应变形机理为冲击波作用下结构的联合毁伤研究奠定了基础 此外通过数值模拟可发现爆炸载荷下不同厚度平板的动响应具有截然不同的破坏模式和挠度变形规律更进一步张邵彦等引入了一种新的数值模拟方法粒子爆炸法()对夹持钢板的爆炸响应进行了数值模拟分析同时研究发现爆炸粒子数对计算结果精度和效率的影响较大 并进一步验证了 算法的稳定性和准确性近期为了研究冲击波载荷相关参数对结构动力学响应的影响有国外学者以金属波纹板为对象研究发现载荷峰值压力和脉冲持续时间会影响结构的挠度响应且冲击波负压脉冲序列是准确数值模拟结构动响应的关键因素之一 并提出建议第 期党蒲妮 等:空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展 投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报可以将复杂的压力信号转换为具有相同总传递冲量的简化三角形来准确模拟爆炸脉冲载荷下波纹板的动响应 此外 等通过数值模拟研究了近场冲击波下厚铝 合金板的整体变形情况 结果表明材料本构模型和失效准则能够捕捉铝合金板的一些高应变率失效特征如花瓣和穿孔失败等特征 并进一步通过数值模拟相比于比冲击波峰值冲击波的持续时间和爆炸物的暴露面积更能反映冲击波对于结构的效应供结构抗冲击波设计提供参考在爆炸冲击波载荷下加筋板的动响应不仅与载荷加载方式、冲量大小相关还与加筋板的布置及加筋形式密切相关 等对 种不同的加筋矩形板(不加筋、单筋、双平行筋、十字交叉筋、双十字交叉筋)进行了数值模拟分析和试验验证结果表明:加筋的布置形式会影响加筋板的中心挠度及加筋板开裂的破坏位置且有可能会加剧加筋板的开裂破坏这是因为在一定程度上加筋形式限制了板的塑性变形 侯海量等对单向加筋固支矩形板在爆炸冲击波下的动响应进行了数值仿真研究结果发现随着冲击波载荷的增加单向加筋板也会出现类似于平板的 种破坏模式:塑性变形、拉伸撕裂以及剪切开裂并进行了相应的结构优化设计随后研究发现通过改变加强筋的相对刚度也可使加筋板结构产生上述 种相同的破坏模式并给出了不同失效破坏模式间加强筋相对刚度的临界区域 在此基础上学者们研究发现不同的加筋模式下加筋平板的中心挠度呈现阶梯式变化且发现交叉加筋模式均比平行加筋模式抗爆效果好并研究了一种 形加筋板在爆炸冲击波作用下的动力学响应为后续抗爆结构设计提供了参考意义在研究了加筋板的失效模式基础上陈鹏宇等从整体和局部变形吸能特性角度出发得到了爆炸冲击波载荷下结构的相对刚度与结构变形、局部挠度比的关系结果表明加筋板的局部吸能与整体变形吸能的比例会随着相对刚度增大而增大为抗爆结构设计提供了参考和思路除此之外白志海等借助之前学者们实验的结果对金属加筋板在爆炸冲击波载荷的空间分布进行了研究并通过数值仿真模拟了结构与冲击波的流场耦合效应从而得到了更加真实的结构动响应结果 针对真实的飞机加筋壁板结构周书婷通过数值模拟仿真和试验得到了不同药量及爆距下结构的动态响应及破坏模式 进一步程帅等通过数值模拟计算了飞机加筋壁板结构的动态变形规律和毁伤模式同时开展了爆炸冲击波试验结果表明此典型加筋壁板结构会出现多部位塑性变形包括加强筋中点筋重叠部位筋与外框连接处进一步如图 所示探讨了结构最大变形随冲击波正压时间和超压峰值的变化规律并给出了此加筋结构发生塑性变形的有效冲量和超压峰值阈值大小为飞机结构抗冲击波设计提供了借鉴意义图 不同超压下最大变形随正压时间变化.试验研究关于空中爆炸冲击波的试验有不同的加载试验方案接触式炸药的试验加载方法主要有片状装药加载方法和集团装药加载方法片状装药加载方法主要是通过改变装药的尺寸实现加载通过调节装药的厚度改变冲击波的冲量大小如图 所示程帅等通过此加载方式实现了均匀触地起爆载荷下壁板结构的动响应试验设计 而集团装药加载方法一般需将球体圆柱体或正方体的装药悬挂通过调节装药当量或爆距以改变冲击波载荷冲量的大小和分布 如图 所示有学者通过此加载球形及柱形炸药的方法实现了爆炸物对于方形靶板的冲击试验 此外此类近距离的爆炸加载方法只有当爆距相对于试件边长较大时才可近似视为均匀加载此外在试验测量系统方面刘函提出了基于三维数字图像相关的试验测量方法搭建了一套高速的三维数字图像测量系统有效地减少了试验误差并通过三维数字图像所测得的位移应变场分析总结了金属板壳结构在爆炸冲击波作用下的变形规律 在试验装置方面魏宏健等运用激波管试验加载装置如图 所示研究了冲击波作用下预制 应用 力 学 学 报第 卷投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报孔铝板的动态响应及毁伤效应给出了不同孔形结构对于铝板抗爆性能的影响为平板结构的抗爆设计提供了参考价值图 片状装药加载方法.图 集团装药加载方法.图 激波管试验加载装置.此外 等提出了一种新型防爆储罐测试系统(引入钢筛将冲击波转化为平面波)研究加筋板在平面冲击波下的动态响应如图 所示 结果表明加强筋能有效提高加筋板的抗冲击能力 同时研究发现将冲击波类型简化为三角形能有效反映加筋板的真实变形且当冲量保持不变时加载持续时间是影响结构动响应的重要参数图 试件安装程序.工程类结构的爆炸动响应研究在实际工程中飞机、导弹等工程类典型结构在爆炸冲击波下的动响应及破坏模式较为复杂现有研究成果较少尤其是理论研究方面.理论研究早期张森林研究了爆炸冲击波环境中飞行飞机的结构动力学响应问题理论推导了其动力学方程并给出了动力学响应的基本思路和计算过程提出了飞机整体结构在冲击波环境下的安全边界值的方法估算为后期的飞机结构爆炸动响应研究提供了理论基础.数值模拟基于飞机结构强度设计的角度出发冯晓伟等研究了大当量爆炸冲击波载荷作用下飞机动响应及毁伤效应的评估方法 并确定了飞机典型结构的失效判据通过数值模拟计算了不同工况下飞机典型结构失效的超压值和相应的持续时间获得了飞机结构破坏失效的超压冲量准则为后续冲击波载荷对飞机整体结构毁伤效应的评估提供了更为有效的方法此外张宇等基于典型飞机机翼结构通过数值模拟分析了爆炸当量、间距以及方位等对机翼结构在爆炸冲击波作用下动响应的影响如图 所示 结果表明蒙皮、长桁及翼肋等结构会凹陷变形、拉伸撕裂等破坏模式并发现不同的爆炸点会影响机翼前缘结构的气动和操纵特性第 期党蒲妮 等:空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展 投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报图 机翼最大变形云图.在飞机结构遭受爆炸冲击波袭击后会出现结构损伤然而如何评估其剩余强度问题对于飞机的持续安全使用具有非常重要的意义 刘宗兴等以典型机身结构为研究对象通过控制变量法研究分析了爆炸物当量及爆炸冲击距离对结构动力学响应的影响爆炸后机身结构损伤的剩余强度并以无量纲系数表征剩余强度建立了剩余强度无量纲系数与爆炸物当量及爆炸冲击距离之间的函数关系为评估爆炸后结构剩余强度提供了有力工具其他工程类结构在遭受爆炸冲击波作用下也会出现严重的破坏损伤模式 陈长海等对近距空爆载荷作用下双层防爆舱壁结构抗爆性能做了数值动态响应仿真分析发现双层舱壁的结构吸能较大即抗爆性能明显优于加筋板架并进一步对此双层舱壁结构进行了优化设计可为工程中双层舱壁结构的选型和抗爆防护结构单元的设计提供参考 廖贵超针对冲击波载荷下导弹目标的壳体结构建立了导弹壳体结构的爆炸冲击波数值仿真分析计算模型验证了仿真计算结果的准确性 鲍若飞研究了爆炸冲击波作用下方舱等效靶的结构动态响应及其失效模式提出了一种适应于远场爆炸条件下冲击波研究的数值模拟方法非耦合欧拉拉格朗日算法并通过全尺寸等效靶的试验验证了此方法的准确性揭示了冲击波作用下等效靶的毁伤规律具有良好的工程应用价值 冲击波与其他毁伤联合效应研究在现代战争中飞机不仅会遭受到导弹等武器爆炸后产生的冲击波影响还会受到破片的威胁由于冲击波速度衰减快破片速度衰减较慢所以破片比冲击波的毁伤面积更广 因此研究破片与冲击波对于结构的联合毁伤具有十分重要的意义针对冲击波和高速破片作用下不同厚度的钢板吴港等通过联合作用数值模拟计算分析破片的运动过程并探究冲击波载荷和破片单独作用以及耦合载荷作用下的钢板破坏情况 结果表明:破片与冲击波耦合作用下结构的破坏效应会增强同样地蔡林刚对泡沫铝板在爆炸冲击波与破片联合作用下的动响应进行了研究研究发现冲击波和破片联合载荷下的泡沫铝夹芯板会产生多种破坏模式例如:局部穿孔、芯层剪切及失效等尤其在破片较为密集的情况下易产生类似于花瓣开裂的破坏模式如图 所示 此外众多学者针对玻璃纤维、金属框架等结构通过数值模拟及试验研究分析了爆炸冲击波和破片联合作用下结构的动响应及毁伤特性为后续研究更加复杂的工程结构联合毁伤特性奠定了基础图 冲击波和碎片作用下泡沫铝板的损伤情况.进一步针对机翼受爆炸打击场景董秋阳研究了机翼带孔损伤蒙皮在破片和爆炸冲击波作用下的动力学响应对爆炸冲击波进行三角载荷近似简化同时建立了机翼蒙皮带孔损伤模型并分析了不同毁伤元对于结构的动响应影响同时通过正交试验得到了冲击波峰值超压及正压时间对于结构损伤的影响规律 此外有学者研究发现破片和冲击波对于直升机目标联合作用的毁伤效应大于两者单独作用之和且与冲击波载荷单独作用相比毁伤效应增加了.如图 所示图 不同效应作用下驾驶舱结构中心处变形曲线.应用 力 学 学 报第 卷投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报 结构抗冲击波设计研究在研究了典型结构在爆炸冲击波的动响应基础上如何进一步研究其他防爆类构件的动响应并设计出新型的抗冲击波结构是值得关注的难点问题目前的结构抗冲击波设计还集中于简单基础结构的研究中而关于飞机等典型结构抗冲击波设计非常之少因此需从以下多方面抗冲击波设计思路中汲取经验对于结构抗冲击波设计一方面从冲击波载荷本身的特性出发通过结构设计改变冲击波的入射范围减小正面迎射载荷从而削弱冲击波对结构的破坏基于此原理祝小龙研究了多连拱形结构在化爆和核爆冲击波载荷下结构的动力学响应并与平板结构的响应结果进行了对比得出结论在化爆冲击波作用下多连拱形迎爆面可改变冲击波的入射及反射路径从而会减小冲击波对结构的影响但在核爆冲击波载荷下此结构并未起到明显抵抗作用 此外卫禹辰等通过对“蜂窝”结构进行优化提出了一种新型内凹蜂窝型抗冲击波结构如图 所示并通过爆炸冲击实验进行了验证为后续研究飞机等结构抗冲击波设计提供了基础图 内凹蜂窝型抗冲击波结构.另一方面从能量的角度出发通过研究结构吸能特性从而设计出具有抗冲击波性能的结构 首先从结构本身角度出发进而通过拓扑优化等手段提高结构抗冲击波能力 如图 所示顾红军通过实验和理论研究了多排圆柱壳受轴向和径向冲击波载荷下变形及吸收能量机理最终采用模态法进行分析建立了多排圆柱壳在爆炸载荷下的结构响应理论体系为军事防护抗爆工程结构提供了可靠的设计依据 在此基础上丁学杉提出了一种基于拓扑优化的轻质抗爆炸冲击波格栅夹层结构并运用混合元胞自动机方法设计结构的厚度分布进而研究了结构的吸能特性建立了一套面向爆炸冲击波作用的格栅层板设计方法为抗爆结构设计提供了新的思路 赵著杰等对多类填充多胞元结构在冲击波载荷下的动力学特性及破坏模式进行了总结与论述结论表明此结构具有良好的抗冲击波防护特性后续应进一步对此多胞元结构进行抗冲击波优化设计从而推广至工程中进行应用图 不同的抗冲击波设计结构.此外基于具有吸能特性的材料出发可设计出具有抗冲击波效应的结构边小华等基于泡沫铝结构的吸能缓冲特点提出了一种能够削弱爆炸冲击波效应的新型防护结构并有学者通过激波管试验有效地验证了泡沫材料可以有效减轻冲击波的破坏 基于泡沫等颗粒材料的吸能特性有学者研究了一种通过“三明治”缓解冲击波具有粒状核心的面板如图 所示通过数值模拟(平滑粒子流体动力学()方法用于模拟颗粒材料)和实验测试验证了此面板结构的抗冲击波特性 同样地有学者提出了一种孔结构金属复合夹芯板研究结果表明迎爆面板的孔设计可以使冲击波穿过孔洞直接作用在芯材上进而增强了芯材的压缩能力从而提高夹芯板的能量吸收能力进一步通过合理设计内外面板的质量分布可以使其抗冲击波性能最优 此外有学者研究发现一种高分子材料聚脲弹性体可对结构抗冲击波具有明显的作用通过在武器装备结构的表面上喷涂此材料固化后可以形成保护层从而提高结构的抗冲击波效能此材料已应用到装甲、轻重兵器和太空飞行器等结构中需要特别说明的是美国空军部门曾提出建议在飞行器上可使用此聚脲弹性体材料作为涂层以增强抗冲击性能这就为飞机结构抗冲击波设计提供了良好的借鉴意义第 期党蒲妮 等:空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展 投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报图 三明治抗冲击波结构设计.结论与展望本研究对空中爆炸冲击波载荷作用下的典型结构动力学响应研究及其抗冲击波设计进展进行了综述目前的研究已揭示了爆炸冲击波作用下典型结构的动响应基本规律及破坏模式 本研究从技术成熟度角度出发基于以下 个方面进行了总结与展望)在理论与数值模拟研究方面由于爆炸动响应问题的复杂性目前的方法研究大多集中于典型基础类结构的冲击波动响应而关于大尺寸真实复杂结构的爆炸冲击波作用下的动力学响应研究较少尤其是航空航天领域需进一步开展相关方法的研究与总结形成相应的成果体系)在试验研究方面已有的小当量化爆试验较为成熟但应进一步开展大当量爆炸物作用下结构的动响应数值仿真模拟分析及试验方法研究在化爆的基础上模拟核爆效应对于结构动响应影响并形成相应的超压冲量下结构的等毁伤效应冲击曲线建立一套完整的爆炸动力学研究体系)在结构抗冲击波设计方面目前的研究已提出一些新型的抗冲击波设计结构但大多还未应用于具体的工程设计问题中例如飞机、船舶等因此后续应基于已有的简单结构抗冲击波设计研究从复杂结构的破坏损伤模式及机理出发研究设计出具有抗爆及防护特性的飞机、船舶等工程结构并将新型材料应用至结构抗冲击波方面)在规范标准体系方面目前尚未形成冲击波作用下结构的相关动力学响应的相关规范与标准后续应对已有的方法体系文件进行总结与完善形成相应的规范与标准为后续相关研究提供指导与借鉴参考文献:刘丽滨李海涛刁爱民等.水下爆炸船体梁总体响应特性数值模拟.高压物理学报():.():().徐景林顾文彬刘建青等.圆柱形爆炸容器内爆炸载荷的分布规律.振动与冲击():.():().周朗徐春光.一种冲击波作用下结构毁伤算法研究.爆炸与冲击():.():().姜颖资宋海博.爆炸冲击波对低慢小无人机毁伤效应研究.弹箭与制导学报():.“”.():().张舵姚术健黄河等.箱型结构内部爆炸破坏研究进展.爆炸与冲击():.():().陈岩武孙远翔王成.深水爆炸载荷及对潜艇结构毁伤研究进展.舰船科学技术():.():().陈叶青吕林梅汪剑辉等.爆炸冲击荷载下的大坝抗爆性能及防护研究进展.防护工程():.():().王礼立.爆炸与冲击载荷下结构和材料动态响应研究的新进展.爆炸与冲击():./.():().杨科之刘盛.空气冲击波传播和衰减研究进展.防护工程():.():().陶梅贞.现代飞机结构设计.西安:西北工业大学出版 应用 力 学 学 报第 卷投稿网站:/.微信公众号:应用力学学报社.():.:.叶晓华.军事爆破工程.北京:解放军出版社.周南田宙.爆炸冲击波参数计算的普适公式.兵工学报():.():().杨鑫石少卿程鹏飞.空气中 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