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閉孔泡沫鋁夾芯板交通運輸抗沖擊性能研究(10)

沖擊波在夾芯板中的傳播特性

泡沫鋁芯體夾層板中，因為鋼板的厚度小，在沖擊力作用下，產生的塑性變形很小，因此，夾層板體主要通過泡沫鋁被壓縮來吸收能量，隨著泡沫鋁芯體塑性變形的增大，大量的壓縮能量被吸收，而單位體積泡沫鋁芯體所吸收的能量C可由下式來表達：

C=∫^εd₀σdε                                        (2-4)

式中：ε_d為泡沫鋁芯體壓縮至致密化開始時的應變量；σ為流動應力；ε為應變。對于一個給定的試件，當應變是ε_d時，其單位體積吸收的能量可以用應力-應變曲線下的積分面積來表示。泡沫鋁芯體夾層板在受壓載荷時，孔壁經歷了彈性、塑性和致密化變形階段，在線彈性區吸能不多，而在屈服平臺區應力幾乎不變，能量被大量吸收。

沖擊波在多層結構中的傳播以及對結構的損傷由于結構、結構中的介質、沖擊波的相互作用而變的相當復雜。然而，在碰撞或爆炸的沖擊波峰值壓力p≤100MPa時，用彈性波理論分析物體在沖擊載荷作用下所形成的應力波的反射和透射問題，方法簡單而且非常有效。

由于泡沫鋁夾芯板由不同材料粘貼形成的，所以沖擊波首先透過鋼板然后到達泡沫鋁再到達鋼板。鋼板和泡沫鋁的波阻尼不一樣，所以沖擊波將在交界面上發生反射和透射。

沖擊波到達面板時，由分界面傳入的壓縮波首先進入面板中，之后，壓縮波的一部分在面板與底板之間的分界面上反射，另一部分傳到底板中。以σ_i，ν_i表示傳入底板中的應力和質點運動速度。

根據能量守恒和動量守恒，得入射波陣面上的應力為

σ_i=-ρ₁C₁ν_i                                        (2-5)

入射波在兩種介質的分界面上發生反射和透射，反射波陣面上的應力(經過反射進入面板)為

σ_r=-ρ₁C₁ν_r                                        (2-6)

透射波入底板中的應力波陣面上的應力為

σ_t=-ρ₂C₂ν_t                                         (2-7)

式中：ρ₁，ρ₂分別為面板與底板的速度；C₁,C₂分別為面板與底板中應力波的傳播速度。

在分界面上，應力和質點運動速度應保持連續，因此

σ_i+σ_r=σ_t                                          (2-8)

ν_i+ν_r=ν_t                                          (2-9)

由式(2-8)和式(2-9)可以求出σ_r和σ_t。

σ_r=ρ₂C₂-ρ₁C₁/ρ₂C₂ +ρ₁C₁                               (2-10)

σ_t=2ρ₂C₂σ_i/ρ₂C₂ +ρ₁C₁  =（1+ρ₂C₂-ρ₁C₁/ρ₂C₂ +ρ₁C₁ ）σ_i       (2-11)

由式(2-11)中可以看出，當ρ₁C₁ >ρ₂C₂時，進入鋼板中的應力波只是入射波應力σ_t的一部分，且當ρ₁C₁ 愈大時，σ_t愈小。

根據式(2-11),由于鋼板的波阻抗遠遠大于泡沫鋁的波阻抗，當沖擊波進入防護系統的泡沫鋁中時，沖擊波的強度已經大大減弱，但當波通過泡沫鋁進入鋼板時，鋼板的波阻抗大于泡沫鋁的波阻抗，使波的強度有所增強。