金字塔型點(diǎn)陣夾芯板抗爆抗侵徹性能仿真與優(yōu)化.pdf

1、在現(xiàn)代裝甲防護(hù)領(lǐng)域眾多新材料、新結(jié)構(gòu)當(dāng)中，金屬點(diǎn)陣材料夾層結(jié)構(gòu)因其輕質(zhì)而且比強(qiáng)度高、比剛度高的特點(diǎn)以及優(yōu)秀的吸能素質(zhì)和緩沖能力而嶄露頭角，有著不斷向其他領(lǐng)域擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢。本文以此為研究對象，采用顯式動力學(xué)有限元方法研究了金屬金字塔型點(diǎn)陣材料夾芯板（PLSP）在爆炸載荷與彈體沖擊作用下的動力響應(yīng)特性，并對結(jié)構(gòu)的抗爆與抗侵徹性能進(jìn)行了分析與多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。
　　首先，提出了兩種模擬點(diǎn)陣芯體的簡化等效模型，分別是殼單元簡化模型與梁單元

2、簡化模型，梁單元簡化模型可用于PLSP的抗爆性能分析與優(yōu)化，殼單元簡化模型可用于PLSP在侵徹工況下的仿真計算。在簡化模型基礎(chǔ)上，單一變量法得出了上下面板厚度、芯體層厚度、芯體腹桿截面邊長以及炸高對夾芯板抗爆性能的影響。旨在改善夾芯板抗爆性能，以背板最大變形量和夾芯板面比吸能為評價指標(biāo)，基于代理模型方法，分別在確定爆炸當(dāng)量值和考慮爆炸當(dāng)量不確定性的條件下以夾芯板的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)為設(shè)計變量進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。研究發(fā)現(xiàn)，兩個抗爆性能評價指

3、標(biāo)的改善方向并不是一致的，可在帕累托前沿(Pareto Front)根據(jù)需求選取最優(yōu)設(shè)計;并且提供了考慮載荷不確定性條件下夾芯板抗爆性能的魯棒性優(yōu)化方法。
　　其次，引入鋁合金進(jìn)行夾芯板材料替換，形成不同材料構(gòu)成的鋼鋁混合夾芯板。研究了四種具有不同材料構(gòu)成的PLSP在爆炸載荷下的動態(tài)響應(yīng);將四種夾芯板抗爆性能歸一化處理后，發(fā)現(xiàn)四種夾芯板都具有優(yōu)化上升空間。進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化后，結(jié)果表明，在不同設(shè)計需求下，其中三種夾芯板會相繼成為不同

4、階段的最優(yōu)解集，一種夾芯板的帕累托前沿相比之下不占優(yōu);鋼鋁混合夾芯板為設(shè)計者提供了更寬泛的最優(yōu)抗爆性能選擇范圍。
　　再次，考慮到爆炸往往伴隨著彈體侵徹的發(fā)生，仿真分析了PLSP的抗侵徹性能，采用了殼單元簡化模型來模擬，并通過與實驗結(jié)果驗證其準(zhǔn)確性。主要研究了三種入射位置侵徹歷程，并探討了其對彈道極限的影響，結(jié)果表明，三種位置入射的侵徹過程中變形模式不同;PLSP的彈道極限取決于彈體入射的最弱阻礙彈體入射的位置。
　　最后，

5、仿真分析了曲面金字塔型點(diǎn)陣夾芯板的抗爆性能，重點(diǎn)研究了曲率半徑對曲面夾芯板抗爆性能的影響，結(jié)果顯示曲率半徑的改變會導(dǎo)致夾芯板的變形模式不同;在本文設(shè)置的范圍內(nèi)，夾芯板的比吸能和背板最大變形量都隨曲率半徑的增大單調(diào)增加，但R趨向無窮大（平板）的情況背板最大變形量反而減小了，故存在極大值點(diǎn)。由此進(jìn)行以曲率半徑、上下面板厚度及芯體腹桿截面邊長錄制變量，以曲面夾芯板的抗爆性能為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明，Pareto前沿上的設(shè)計點(diǎn)的抗爆性能