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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

日期:22-12-19     时间:03:32 来源: 益荣金属

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

实验过程
动态实验中数据测量包括泡沫子弹冲击速度、后面板中心点的位移时程以及后面板中心点的最终挠度的测量。子弹冲击速度的测量采用激光测速装置,传感器的激光发射头直接对准后面板的中心点,有位移发生时,相应的位移可由动态记录仪器采得。为了与夹芯板在泡沫子弹撞击下的动态响应进行比较,对准静态压缩下的夹芯板的变形机理进行了研究。准静态实验的数据测量相对简单,控制液玉万能试验机的微机记录了作用于前面板的压头的作用力与前面板的位移曲线,后面板的位移通过在其中心接触放置千分表实现。


实验结果与分析

(1)前面板的变形和失效模式
撞击载荷作用下,前面板的变形可分为两个不同区域。在子弹作用区城表现出局部压入变形,而在撞击的周边区域则表现出整体的大变形。
前面板的失效主要集中于子弹作用区域,依据夹芯板构成的不同,失效模式可归纳为两种,即压入失效和侵彻失效。压入失效的前面板表现为子弹作用区域的大变形(没有破坏),变形区域的大小主要取决于子弹冲量的大小:而侵彻失效表现为局部的破裂,破坏程度与子弹质量、撞击速度、面板厚度及芯层厚度有关。蜂窝铝夹芯板前而板的变形及失效模式与泡沫铝夹芯板前面板的相同。

(2)泡沫芯层的变形和失效模式
芯层压缩表现出一个渐进破坏的变形模式,不同芯层厚度(10mm、20mm和30mm)其变形模式相同。按照破坏程度的不同,可分为压缩区和无压缩区。但压缩主要发生在承载中心区域,该区域可观察到局部的塑性大变形,泡沫孔壁弯曲、坍塌甚至泡孔完全闭合。冲量较大的情况下,心层可能完全进入密实化。在加载区域的边缘也有部分泡沫受到压缩,但压缩量明显减小,与后面板连接处基本保持原状。在距离受载区域较远处以及固支边,泡沫芯层几乎没有发生任何变化,该区域我们定义为无压缩区域。此外,芯层较薄时,加载区域边缘还可观察到明显的剪切失效模式。

(3)蜂窝芯层的变形
峰窝芯层的变形基本与泡沫芯层的变形模式相同,芯层也显示出一个渐进破坏的变形模式,
按照不同的破坏程度,分为两个变形区域部分折叠区和无折叠区。冲量较大的情况下,子弹作用区域的芯层可能完全折叠。在部分折叠区域可观察到局部的塑性大变形,蜂窝的整直边发生折叠,局部还有撕裂。除了折叠损伤发生外,后面板和芯层之间的脱层损伤也可在这两个区域观察到。非折叠区是指被钢框架约束的区域和距离受载区域较远处,由于没有脉冲载荷直接施加到该区域,蜂窝芯层基本没有发生折叠,胞元竖直壁仍基本保持原状。

(4)后面板的变形和失效模式
Teeling Smith等、Olson等及Nurick等在撞击载荷作用下的固支单层圆板、固支单层方板的实验中观测到了三种失效模式,分别是:非弹性大变形、伴有拉仲撕裂的非弹性大变形以及横向剪切失效。Menkes等和Zhu等在爆炸加载实验中也观察到了类似的现象。夹芯板在撞击载荷下后面板的变形失效模式可近似为非弹性大变形,中心点挠度最大,部分试件在中心点周围伴有花瓣形的变形,周边最小整体变形为穹形

(5) 与准静态下变形的比较
为了进行比较研究,对泡沫金属夹芯板及与其等质量的实体板进行准静态加载实验,加载圆柱体采用与泡沫子弹相同的截而直径。加载终止条件通过后而板中心点的最终挠度控制,当达到动态压缩的永久变形时停止加载。实验后沿中心线将试件切开,相同挠度下,泡沫子弹撞击加载与准静态加载下两种板的变形模态。从横截面的变形模式可以看出,动态加载下主要的塑性变形发生在泡沫子弹撞击区域,而且变形是连续的。类似的现象也被Radford等观察到。然而,准静态压缩下观察到了不同的变形模式。在压头的周边和固支边,板的倾角不同,在这些位置存在静态塑性铰,与动态压缩下形成鲜明的对比。Radford等在固支圆板的撞击实验实验中也观察到了类似现象。

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