纖維金屬層合材料防阻塊的沖擊響應和吸能特性研究

本項目進行了纖維金屬層合材料防護基本結(jié)構(gòu)防阻塊沖擊響應的基礎性與檢驗性實驗研究，揭示了此種防護基本結(jié)構(gòu)沖擊響應的基本特性與規(guī)律，并為工程性總體的有限元數(shù)值模擬，以及探索性局部的回傳射線矩陣方法研究提供實驗檢驗例證。（1）理論方面：提出了纖維金屬層合材料沖擊響應的發(fā)展的回傳射線矩陣理論分析模型，并考慮層合材料中的一階剪切變形效應。建立了分析纖維金屬層合材料沖擊響應問題的DRRM新方法，建立了此類結(jié)構(gòu)的整體/局部散射矩陣、回傳射線矩陣，軸向波、彎曲波、軸向-彎曲耦合波、軸向-彎曲-剪切耦合波的整體/局部傳播矩陣。實現(xiàn)了回傳射線矩陣分析層合材料結(jié)構(gòu)沖擊響應的主要創(chuàng)新點。并用發(fā)展的回傳射線矩陣思想分析了應力波在此類材料中的傳播特性，以及應力波在層合材料中的傳播與在其結(jié)構(gòu)中傳播的耦合效應的發(fā)生機理，分析了層合材料防護基本結(jié)構(gòu)的吸能特性。實現(xiàn)了闡釋應力波傳播與耦合效應，回傳射線矩陣思想研究纖維金屬層合材料防護結(jié)構(gòu)沖擊響應的主要創(chuàng)新點。（2）實驗方面，應用Hopkinson壓桿裝置，進行了纖維金屬薄壁管的沖擊實驗，以及進行了玻璃纖維薄壁管、天然竹纖維玻璃管的沖擊實驗，分析了不同材料屬性薄壁管結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學性能和吸能特性。初步實現(xiàn)了設計基礎性實驗，揭示不同材料薄壁結(jié)構(gòu)作為防護結(jié)構(gòu)時沖擊響應的特性和規(guī)律的創(chuàng)新點。（3）數(shù)值模擬方面：分別進行了質(zhì)量塊和實車模型撞擊護欄系統(tǒng)的數(shù)值模擬計算，初步獲得了較好的分析結(jié)果，特別是，實車撞擊情形下，有限元模擬程序及其數(shù)值模擬結(jié)果，可為相關(guān)工程設計部門提供防撞能力和級別的設計參考?？傊芯拷Y(jié)果給出了層合材料防阻塊沖擊響應的回傳射線矩陣法理論分析模型、實驗數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果，可為纖維金屬層合材料防護基本結(jié)構(gòu)提升吸能能力的優(yōu)化設計給予理論指導。

本項目進行纖維金屬層合材料防護基本結(jié)構(gòu)防阻塊沖擊響應的基礎性與檢驗性實驗研究，揭示此種防護基本結(jié)構(gòu)沖擊響應的基本特性與規(guī)律，并為工程性總體的有限元數(shù)值模擬，以及探索性局部的回傳射線矩陣方法研究提供實驗檢驗例證。提出纖維金屬層合材料沖擊響應的回傳射線矩陣理論分析模型，計及材料應變率效應，并考慮層合材料中的一階剪切變形效應。建立纖維金屬層合材料防阻塊沖擊響應的回傳射線矩陣研究方法，分析應力波在層合材料中的傳播與在其結(jié)構(gòu)中傳播的耦合效應的發(fā)生機理，分析層合材料防護基本結(jié)構(gòu)的吸能特性。以實驗結(jié)果檢驗回傳射線矩陣法分析此類結(jié)構(gòu)沖擊響應問題的有效性、可靠性。研究結(jié)果將給出層合材料防阻塊沖擊響應的回傳射線矩陣法理論分析模型，為纖維金屬層合材料防護基本結(jié)構(gòu)提升吸能能力的優(yōu)化設計給予理論指導。

雙層夾心復合材料結(jié)構(gòu)是指在傳統(tǒng)的單層夾心復合材料結(jié)構(gòu)的芯材中間，再插入一層很薄的類似面板的中間層(內(nèi)面板)而形成的由三層面板和兩層芯材組成的疊層結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的單層復合材料夾心結(jié)構(gòu)相比,其具有更高的力學性能、更強的功能性（如隔音、隔熱、隱身、減振性能）以及更好的可設計性（可形成對稱與非對稱結(jié)構(gòu)設計、結(jié)構(gòu)功能一體化設計）。本項目將采用實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究紙蜂窩、鋁蜂窩、聚胺酯泡沫芯等與玻璃纖維平紋布/環(huán)氧層合板面板組成的雙層夾心結(jié)構(gòu)的力學特性；研究其在橫向沖擊載荷下的變形、損傷機理；預測其沖擊損傷和沖擊后剩余強度；研究沖擊能量、芯材材料及兩芯材的密度比、內(nèi)面板位置等結(jié)構(gòu)參數(shù)對損傷阻力、損傷容限以及能量吸收與耗散機理的影響規(guī)律；揭示內(nèi)面板對能量吸收及耗散的作用機理，提出能量吸收與能量耗散的表征方法。為新型多層夾心復合材料結(jié)構(gòu)及其它抗低速沖擊多層結(jié)構(gòu)的設計提供理論依據(jù)和分析方法。 2100433B

強動載下復合材料加筋板的動力屈曲特性的研究，具有重要的學術(shù)價值和現(xiàn)實意義。本項目針對碳纖維增強聚合物基復合材料（CFRP）加筋板結(jié)構(gòu)，通過實驗研究、數(shù)值模擬和理論分析，研究強動載下CFRP復合材料加筋板的動力屈曲特性，考慮對材料性能影響顯著的應變率效應和復合材料固有的損傷特性。主要研究內(nèi)容包括：高應變率下CFRP復合材料的動態(tài)力學性能及本構(gòu)模型研究；建立CFRP復合材料加筋板結(jié)構(gòu)沖擊屈曲實驗測試平臺，提出高效的數(shù)值計算新方法，并通過動力屈曲理論分析方法，全面研究CFRP復合材料加筋板的沖擊動力屈曲特性，同時關(guān)注其損傷模式及其演化規(guī)律。本項目的研究試圖建立、發(fā)展和完善復合材料加筋板的動力屈曲特性的研究方法和手段，揭示材料性能、結(jié)構(gòu)特性與復合材料加筋板的動力屈曲特性和損傷機理的內(nèi)在聯(lián)系，為其工程應用提供理論指導，力圖提升我國相關(guān)行業(yè)的基礎和應用研究水平。