唐 廷，韋灼彬，朱 錫，侯海量

(1.海軍工程大學(xué) 勤務(wù)學(xué)院，天津 300450;2.海軍工程大學(xué) 艦船工程系，武漢 430033)

為抵御或減少爆炸與沖擊對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用，現(xiàn)代艦艇多在其關(guān)鍵部位采用復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)戰(zhàn)時(shí)生存能力。而復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)具有較好的抗爆抗沖擊特性，是當(dāng)前應(yīng)用較多的一種防護(hù)艙壁結(jié)構(gòu)形式。而根據(jù)不同的夾芯結(jié)構(gòu)形式和不同的夾芯材料，復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)可以分為不同的種類。按結(jié)構(gòu)形式主要可以分為蜂窩細(xì)胞結(jié)構(gòu)［1-2］和疊層板結(jié)構(gòu)［3］兩種，而夾芯結(jié)構(gòu)(包括面層和內(nèi)核)常用的材料類型主要有玻纖、碳纖維、Kelvar［4］和超高分子量聚乙稀纖維［5］等為主體的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，以及以泡沫鋁［6］為代表的泡沫類材料。本文以復(fù)合材料為內(nèi)核的疊層夾芯板為研究對(duì)象，運(yùn)用波動(dòng)理論計(jì)算其在近距爆炸作用下的層裂破壞。

雖然當(dāng)前國(guó)內(nèi)外復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)抗爆的研究成果非常多，但針對(duì)疊層復(fù)合夾芯板的理論研究成果并不多。Liviu 等［7］和 Terry等［8］給出了各向異性復(fù)合夾芯板的三維位移場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)方程，求解了夾芯平板［9-10］、夾芯曲板［11］和含可壓縮核的夾芯板［12］在爆炸荷載作用下的線性與非線性動(dòng)力響應(yīng)。Kazanc?［13］理論計(jì)算了各向同性復(fù)合夾芯板在不同脈沖荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。但這些理論均屬于彈塑性動(dòng)力學(xué)范疇，適合求解夾芯板的整體響應(yīng)，不能用于計(jì)算夾芯板在爆炸沖擊荷載作用下的局部層裂破壞(下文中實(shí)驗(yàn)結(jié)果)。因此疊層復(fù)合夾芯板的局部破壞研究應(yīng)考慮爆炸沖擊波的傳播過程。

目前，防護(hù)工程領(lǐng)域的研究人員已對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)或多層介質(zhì)中的沖擊波傳播問題進(jìn)行了初步的研究。研究的主要手段為數(shù)值仿真［14-15］，或輔以簡(jiǎn)單的應(yīng)力波透射分析［16］，缺乏準(zhǔn)確的理論分析。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用應(yīng)力波理論研究爆炸沖擊波在夾芯板中的傳播特性，計(jì)算夾芯結(jié)構(gòu)中核心材料的破壞機(jī)理。研究成果不僅可以為夾芯防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考，而且可以為多層介質(zhì)中波的傳播研究提供指導(dǎo)。

1 疊層復(fù)合夾芯板抗爆實(shí)驗(yàn)

疊層復(fù)合夾芯板的抗爆試驗(yàn)在海軍工程大學(xué)爆炸筒內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)對(duì)象為兩層鋼板和一層玻璃鋼板的夾芯結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的平面尺寸為0.7 m×0.7 m，兩層鋼板的厚度均為0.001 m，而玻璃鋼板厚度為0.009 5 m。試驗(yàn)設(shè)置如圖1所示，裝藥位置為鋼板的中心處，炸藥為TNT炸藥，質(zhì)量W=0.4 kg，炸藥中心距離結(jié)構(gòu)表面R=0.213 62 m。夾芯板四周通過24個(gè)螺絲固定，夾芯板的邊界被鋼條支座夾持，相當(dāng)于固支的邊界條件。而鋼條寬為0.1 m，所以夾芯板的實(shí)際迎爆面積為0.5 m ×0.5 m。

圖1 試驗(yàn)設(shè)置Fig.1 Experimental setup

爆炸后的效果見圖2，其中(a)為第一層鋼板，(b)為第二層鋼板，(c)為玻璃鋼夾芯的迎爆面，而(d)為玻璃鋼夾芯的背爆面。從中可以看出，第一層鋼板的變形相對(duì)較小，其中心部分存在較小的環(huán)形褶皺變形，而固支邊界也存在較小的拉伸變形;第二層鋼板的變形相對(duì)較大，變形輪廓圖見圖3，其中心局部明顯向外隆起，而固支邊界也存在明顯的拉伸變形;玻璃鋼夾芯的迎爆面仍保持完整，但背爆面中心局部存在明顯的剝落破壞(如圖4)，經(jīng)游標(biāo)卡尺多次測(cè)量，剝落層的最大厚度為2.2 mm。而大面積的淡色區(qū)域代表了膠體與纖維的粘結(jié)破壞。

實(shí)驗(yàn)中復(fù)合夾芯層背爆面的層裂破壞類似于防護(hù)工程中坑道在爆炸荷載作用下的頂部震塌破壞，屬于結(jié)構(gòu)的局部破壞問題，宜使用應(yīng)力波理論進(jìn)行計(jì)算。

圖2 試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Experimental results

圖3 第二層鋼板變形輪廓圖Fig.3 Profile of the second steel plate

圖4 夾芯層背面的破壞Fig.4 Damage of the back of sandwich core

2 理論計(jì)算方法

2.1 理論計(jì)算的基本假設(shè)

基于上面的實(shí)驗(yàn)，取圖5所示的復(fù)合夾芯板為研究對(duì)象。夾芯板分為三層，第一層為金屬，厚度為S1，密度為ρ1，其中波速為C1;第二層為復(fù)合材料，厚度為S2，密度為ρ2，其中波速為C2;第三為金屬，厚度為S3，密度為ρ3，其中波速為C3。復(fù)合夾芯板的平面尺寸為L(zhǎng)×L。

如圖6所示，TNT當(dāng)量為W的炸藥在夾芯板附近爆炸時(shí)，強(qiáng)烈的爆炸沖擊波會(huì)迅速作用到夾芯板上。根據(jù)炸藥的形狀和位置，沖擊波傳播至夾芯板不同位置的時(shí)間也不盡相同。但根據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者的觀點(diǎn)［16］，在復(fù)雜空間的對(duì)稱軸附近，可以采用一維波進(jìn)行分析。即在爆心正對(duì)位置處將爆炸沖擊波簡(jiǎn)化成平面波，整個(gè)問題也就簡(jiǎn)化成多層介質(zhì)中一維平面應(yīng)變波的傳播問題，可以運(yùn)用一維平面應(yīng)變波理論進(jìn)行分析。需要注意的是，這種簡(jiǎn)化僅適用于對(duì)稱軸附近，而沿平板面向四周擴(kuò)展時(shí)，需要考慮沖擊波的斜入射所帶來的影響。

圖5 復(fù)合夾芯板Fig.5 Composite sandwich plate

圖6 問題簡(jiǎn)化Fig.6 Simplify of problem

2.2 爆炸沖擊荷載

普通炸藥空中爆炸時(shí)，確定爆炸參數(shù)的公式都是根據(jù)相似理論建立，其系數(shù)則由試驗(yàn)確定，這里引錄如下［17］:入射爆炸沖擊波超壓Δp+的計(jì)算公式為式(1)，式中:R—=R/3W m/kg1/3，R為至爆心的距離，W為炸藥的TNT當(dāng)量。爆炸正壓作用時(shí)間t+如式(2)所示。而爆炸壓力變化規(guī)律Δp(t)如式(3)所示，其中 n =1

對(duì)于空氣來說，正反射沖擊波超壓Δpr的計(jì)算公式為式(4)，其正壓作用時(shí)間與入射波相同，反射壓力變化規(guī)律如式(5)所示，其中n'=Δpr(n+1)/(2Δp+)-1。

2.3 爆炸沖擊波的傳播

基本現(xiàn)象:如圖7所示，沖擊波在夾芯板結(jié)構(gòu)中的傳播主要分為二個(gè)階段。第一個(gè)階段(Phase 1)為空氣入射沖擊波(PAi(t))傳入厚度為S1的第一層金屬板(metal plate 1)，在金屬板的A表面和B表面發(fā)生復(fù)雜的反射與透射現(xiàn)象，并最終在厚度為S2的復(fù)合材料夾芯層中形成透射沖擊波(PBt(t))。第二階段(Phase 2)為復(fù)合材料夾芯層中的入射沖擊波(PCi(t))傳入厚度為S3的第二層金屬板(metal plate 2)，在金屬板的C表面和D表面發(fā)生復(fù)雜的反射與透射現(xiàn)象。

圖7 沖擊波的傳播Fig.7 Propagation of shock wave

圖7 中的t'代表時(shí)間，從沖擊波首次到達(dá)B界面起算。而T1為沖擊波在第一層金屬板中傳播兩倍厚度所需要的時(shí)間，所以T1=2S1/C1。同樣，T3為沖擊波在第二層金屬板中傳播兩倍厚度所需要的時(shí)間，且T3=2S3/C3。

第一階段:空氣中爆炸產(chǎn)生的入射沖擊波荷載PAi(t)可以用式(3)進(jìn)行計(jì)算，在遇到第一層金屬板的A面時(shí)會(huì)在空氣中產(chǎn)生反射沖擊波PAr(t)，而在金屬板中形成透射沖擊波PAt(t)。根據(jù)沖擊波陣面上力的平衡關(guān)系，透射沖擊波的壓力變化規(guī)律可用式(5)進(jìn)行計(jì)算。

假設(shè)從A面進(jìn)入金屬板的透射沖擊波PAt(t)在t'=0T1時(shí)遇到金屬板與復(fù)合夾芯的交界面B，在B1點(diǎn)發(fā)生反射與透射。根據(jù)平面波在兩種介質(zhì)間的傳播規(guī)律，反射系數(shù)為FAB=(1-nAB)/(1+nAB)，透射系數(shù)為TAB=2/(1+nAB)。其中，nAB=(ρ1C1)/(ρ2C2)為第一層金屬板和復(fù)合夾芯的波阻抗比。由于nAB＞1，所以FAB＜0，即入射的壓縮波反射為拉伸波。此時(shí)從B面透射入得合夾芯中的應(yīng)力波的計(jì)算表達(dá)式為:

在t'=0.5T1時(shí)，從B面反射回來的沖擊波在A面上會(huì)發(fā)生反射，由于空氣的波阻抗相對(duì)第一層金屬板來說可以忽略不計(jì)，因此該反射可以考慮為全反射，反射系數(shù)為FBA=1，透射系數(shù)TBA=0。即拉伸波反射為強(qiáng)度相同的壓縮波。

在t'=T1時(shí)，從A面反射來的壓縮波會(huì)再次傳播至B面，在B面上發(fā)生反射和透射，其反射和透射系數(shù)仍為FAB和TAB。那么此時(shí)從B面進(jìn)入復(fù)合夾芯的應(yīng)力波為兩次透射波的疊加，其計(jì)算表達(dá)式為:

依據(jù)相同的規(guī)律，可以推得在t'=nT1時(shí)，從B面進(jìn)入復(fù)合夾芯的應(yīng)力波為n次透射波的疊加，其計(jì)算表達(dá)式為:

需要注意的是，上述計(jì)算公式只在從C面反射回的沖擊波PCr(t)到達(dá)B面以前成立。

第二階段:從B面透射過來的透射波PBt(t)通過復(fù)合夾芯后形成入射波PCi(t)，不考慮復(fù)合夾芯中的衰減，則有PBt(t)=PCi(t)。PCi(t)在C面上發(fā)生反射和透射，形成反射波PCr(t)，并在鋼板2中形成透射波PCt(t)。

設(shè)t″=0T3時(shí)PCi(t)到達(dá) C面，與上節(jié)類似有，反射系數(shù)為FBC=(1-nBC)/(1+nBC)，透射系數(shù)為TBC=2/(1+nBC)。其中，nAB=(ρ2C2)/(ρ3C3)為復(fù)合夾芯和第二層金屬板的波阻抗比。由于nBC＜1，所以FBC＞0，即入射的壓縮波反射后仍為壓縮波，此后反射波的表達(dá)式如下:

在t″=0.5T3時(shí)，從C面透射過來的沖擊波在D面上會(huì)發(fā)生反射，由于空氣的波阻抗相對(duì)鋼板來說可以忽略不計(jì)，因此該反射可以考慮為全反射，反射系數(shù)為FCD=-1，透射系數(shù)TCD=0。即壓縮波反射為強(qiáng)度相同的拉伸波。

在t″=T3時(shí)，從D面反射來的拉伸波會(huì)再次傳播至C面，在C面上發(fā)生反射和透射。其反射和透射系數(shù)為FDC=(1-nDC)/(1+nDC)，透射系數(shù)為 TDC=2/(1+nDC)。其中 nDC=(ρ3C3)/(ρ2C2)，為第二層金屬板和復(fù)合夾芯的波阻抗比。那么此后從C面向左傳播的應(yīng)力波應(yīng)為初次反射波和從D面?zhèn)魅氲耐干洳ǖ寞B加，其計(jì)算表達(dá)式如下:

在t″=2T3時(shí)，從D面反射回的應(yīng)力波會(huì)再次到達(dá)C面，此后從C面向左傳播的應(yīng)力波應(yīng)為初次反射波和兩個(gè)從D面?zhèn)鞑サ耐干洳ǖ寞B加，其計(jì)算公式為:

依據(jù)相同的規(guī)律，可以推得在t″=nT3后，從C面向左傳播的應(yīng)力波疊加的計(jì)算表達(dá)式為:

根據(jù)C界面上力的平衡條件，C界面上壓力應(yīng)為左傳波的壓力和入射波壓力之和，其計(jì)算公式為:

需要注意的是，由于C界面不能承受拉應(yīng)力，即要求C界面上壓力 PC(t″)＞0。假設(shè) PC(tce)=0，則當(dāng) t″=tce時(shí)C界面兩側(cè)材料分離，沖擊波傳播有第二階段結(jié)束。

2.4 夾芯板的瞬態(tài)響應(yīng)

在爆炸沖擊波的作用下，夾芯板的瞬時(shí)響應(yīng)主要體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及變形與破壞。下面分別分析各層平板的瞬態(tài)響應(yīng)特性。

第一層金屬板:從t'=-S1/C1開始，第一層金屬板即受到如式(5)所示的沖擊荷載作用，而從t'=0開始，如式(8)所示的沖擊波開始通過第一層金屬板作用到夾芯層上。那么根據(jù)動(dòng)量守恒定律，即可導(dǎo)出第一層金屬板的整體速度變化的計(jì)算公式:

其中:m1=ρ1S1為第一層金屬板的面密度。在從C界面上反射回的應(yīng)力波到達(dá)B界面以前，上式成立，即要求-S1/C1＜t'＜2S2/C2。

第二層金屬板:當(dāng)t″=tce時(shí)C界面兩側(cè)材料分離，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，第二層金屬板分離時(shí)獲得的動(dòng)量等于分離前C界面上壓力的時(shí)間積分，即有

其中:m3=ρ3S3是第二層金屬板的面密度，υ3為鋼板的分離速度。則第二層鋼板的分離速度計(jì)算公式為:

夾芯層:在夾芯層中的傳播應(yīng)力波有入射波PCi(t)和反射波PCr(t)，PCi(t)的計(jì)算表達(dá)式為式(8)，而PCr(t)的計(jì)算表達(dá)式較為復(fù)雜。當(dāng)t″＜tce時(shí)，PCr(t)的表達(dá)式為式(12)，而當(dāng)t″≥tce時(shí)，第二層金屬板與夾芯層分離，PCi(t)在C界面上發(fā)生全反射。因此夾芯層中距離C面x處的壓力時(shí)程PCx(tx)可以表示為式(17)，其中tx從PBt到達(dá)位置x處時(shí)起算。

采用較為簡(jiǎn)單的第一強(qiáng)度理論，當(dāng)PCx(tx)達(dá)到材料的最大拉應(yīng)力，夾芯層即發(fā)生破壞。仔細(xì)分析式(17)后可以發(fā)現(xiàn)，式(17a)恒大于0，即夾芯層處于受壓狀態(tài)。對(duì)于非接觸爆炸來說，由于荷載強(qiáng)度的原因，夾芯層很難在受壓狀態(tài)下破壞，因此對(duì)于這種情況暫不進(jìn)行研究。而式(17b)代表的是一個(gè)先上升后下降的壓力時(shí)程，同時(shí)式(17c)為一個(gè)線性遞增函數(shù)。所以式(17)的最小值(即最大拉應(yīng)力)發(fā)生在txs=tce+2x/C2時(shí)。如果此時(shí)的拉應(yīng)力達(dá)到材料的最大拉應(yīng)力σs，則發(fā)生剝落破壞，形成新的自由面。設(shè)第一次剝落發(fā)生于距離C界面 x1處，即有 PCx1(tx1)= σs，其中 txs1=tce+2x1/C2。此后入射沖擊波在新界面x1處繼續(xù)發(fā)生全反射，同樣根據(jù)最大拉應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則即可判斷新破壞面的發(fā)生。以上關(guān)于夾芯層的破壞分析均未考慮C界面左傳波在B界面上的反射，因此需滿足txs1＜2S2/C2。

3 算例對(duì)比分析

3.1 理論結(jié)果

以試驗(yàn)工況為研究對(duì)象進(jìn)行理論計(jì)算，計(jì)算涉及的部分參數(shù)及其取值如表1所示。

爆炸沖擊波的傳播:忽略裝藥形狀的影響，計(jì)算當(dāng)量為0.4 kg的TNT距離結(jié)構(gòu)R=0.213 62 m的爆炸沖擊波荷載。根據(jù)式(1)～(5)可得比例距離R—=0.29，入射超壓Δp+=107Pa，正壓作用時(shí)間 t+=0.255 ms，由此可得入射沖擊波壓力時(shí)程如圖8所示。而反射超壓Δpr=7.66×107Pa，得到的夾芯板前反射超壓時(shí)程如圖9所示。

表1 參數(shù)意義與取值Tab.1 Signification and value of parameters

圖8 入射沖擊波壓力時(shí)程Fig.8 Pressure time-history of incident shock wave

圖9 反射超壓時(shí)程Fig.9 Pressure time-history in front of sandwich plate

圖10 B界面透射沖擊壓力時(shí)程Fig.10 Pressure time-history of transmission shock wave from the interface B

通過式(8)進(jìn)行計(jì)算，從B界面透射入玻璃鋼中的波形如圖10的間斷曲線所示。從中可以看出，連續(xù)的沖擊波透射入玻璃鋼中后成為多次階躍的非連續(xù)波。但從整體上來說，仍可看成具有一定升壓時(shí)間的沖擊波荷載。與圖9對(duì)比可看出，應(yīng)力波峰值下降了一半左右，可見界面B對(duì)于沖擊波具有明顯的衰減作用。結(jié)合式(8)可以看出，衰減作用的大小與界面B左右的波阻抗比nAB以及第一層鋼板的厚度S1成正比。

為方便后續(xù)的分析，簡(jiǎn)化B界面透射沖擊荷載。對(duì)圖10中由各分段波形的中點(diǎn)組成的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙指數(shù)函數(shù)擬合［18］，得到簡(jiǎn)化透射沖擊波荷載為式(18)，其圖形為圖10中的連續(xù)曲線。

根據(jù)表1中的參數(shù)，以式(18)為從B界面透射至C界面的波形，代入式(10)和式(13)后，可以得到從C面向左傳播的應(yīng)力波形如圖11所示。根據(jù)式(14)則可以得到C界面上的壓力時(shí)程如圖12所示。當(dāng)t″=tce=0.004 4 ms時(shí)有PC(tce)=0，即C 界面上壓力為0，此后C界面兩側(cè)材料分離。

圖11 C界面向左傳播沖擊波壓力時(shí)程Fig.11 Pressure time-history of left-propagate shock wave from the interface C

圖12 C界面上壓力時(shí)程Fig.12 Pressure time-history on the interface C

圖13 鋼板的平均運(yùn)動(dòng)速度Fig.13 The average velocity of the steel plates

夾芯板的瞬態(tài)響應(yīng):夾芯板各部分的瞬態(tài)響應(yīng)是研究的重點(diǎn)，基于理論研究可以分別進(jìn)行計(jì)算。首先計(jì)算第一層金屬板的瞬態(tài)響應(yīng)，根據(jù)式(14)得到的第一層金屬板整體速度的變化曲線如圖13中虛線所示。從中可以看出，第一層鋼板的速度開始迅速增加，在t'=0.002 ms時(shí)平均運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到最大值8.54 m/s。然后下降，在C界面反射波到達(dá)B面時(shí)速度降至2 m/s。在這之后受左傳波的影響，其速度將進(jìn)一步下降。

然后計(jì)算第二層鋼板的瞬態(tài)響應(yīng)。根據(jù)表1中的材料參數(shù)，可得 m3=ρ1S3=7.86 kg/m3，代入式(16)中即可算得υ3=11.36 m/s。實(shí)際上將式(16)中的 tce替換成t，即為第二層鋼板的平均運(yùn)動(dòng)速度函數(shù)，據(jù)此畫出的圖形為圖13中的實(shí)線。圖中第二層鋼板的平均運(yùn)動(dòng)速度持續(xù)增加，在t″=0.004 4 ms時(shí)第二層鋼板與夾芯層分離并達(dá)到最大速度υ3。

最后計(jì)算夾芯層的瞬態(tài)響應(yīng)。由于試驗(yàn)采用的玻璃鋼由增強(qiáng)材料(高強(qiáng)度玻璃纖維布)和基體材料(3201#乙烯酯樹脂)疊加鋪成，所以垂直于疊層方向的破壞應(yīng)由增強(qiáng)材料與基體材料的粘結(jié)強(qiáng)度決定。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，玻璃鋼中增強(qiáng)材料與基體材料的粘結(jié)強(qiáng)度為9.5 ～11.2 MPa［19］，現(xiàn)取玻璃鋼疊層方向拉伸破壞強(qiáng)度σs=10 MPa，分析玻璃鋼夾芯的剝落破壞過程。

圖14 距C界面X處壓力時(shí)程曲線Fig.14 Pressure time-history at the distance of x from the interface C

運(yùn)用式(17)可以計(jì)算夾芯層中應(yīng)力時(shí)程，圖14即為距C界面0.003 m 處的應(yīng)力時(shí)程曲線，其最大拉應(yīng)力發(fā)生在0.007 4 ms時(shí)。這也就證明了txs=tce+2x/C2時(shí)距離C界面x處的應(yīng)力PCx(tx)達(dá)到最小值(即達(dá)到最大拉應(yīng)力)的觀點(diǎn)，據(jù)此也可以得到夾芯層中最大拉應(yīng)力沿x方向的變化規(guī)律如圖15所示。由于當(dāng) x=0.002 58 m 時(shí)PCx(tx)=-σs，所以第一次剝落破壞發(fā)生在 0.002 58 m處。而依據(jù)文獻(xiàn)［16］的觀點(diǎn)，剝落破壞的片數(shù) n*=［σ*/σs］，其中，σ*表示波形的幅值，而方括號(hào)表示應(yīng)取分?jǐn)?shù)的整數(shù)部份。從圖15可以看出σ*＜20 MPa，而σs=10 MPa，所以n*=1，即只會(huì)發(fā)生一次剝落破壞。

圖15 夾芯層的剝落破壞Fig.15 Damage of sandwich core

3.2 對(duì)比分析

復(fù)合夾芯板對(duì)爆炸荷載的瞬態(tài)響應(yīng)主要體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的變形和破壞。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果，二者在鋼板的整體變形與局部破壞上吻合較好。

整體變形:理論計(jì)算得到的第二層鋼板整體速度為11.36 m/s，而第一層鋼板的整體速度要小于2 m/s。這表明，第二層鋼板所吸收的爆炸沖擊波能要遠(yuǎn)大于第一層鋼板。而鋼板主要依靠塑性變形吸收沖擊動(dòng)能，因此第二層鋼板的變形要大于第一層鋼板。這與試驗(yàn)的結(jié)果非常吻合，驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。從工程防護(hù)的角度看，雖然第一層鋼板和夾芯層可以顯著降低爆炸沖擊波的峰值(從70 MPa至30 MPa)，但第二層鋼板才是抵御爆炸沖擊波的主要部位。增強(qiáng)第二層鋼板的強(qiáng)度和剛度應(yīng)可有效提高夾芯板抗爆抗沖擊能力。

局部層裂破壞:夾芯板的局部破壞主要體現(xiàn)為夾芯層的剝落破壞。理論計(jì)算得到的剝落厚度為2.58 mm，而試驗(yàn)測(cè)得的最大剝落厚度為2.2 mm，考慮到測(cè)量誤差，理論與試驗(yàn)結(jié)果非常接近，可以證實(shí)理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。所以在研究夾芯板的抗爆抗沖擊問題時(shí)，應(yīng)考慮夾芯層剝落破壞帶來的影響。合理選擇夾芯材料，提高夾芯層在垂直平板方向的抗拉能力應(yīng)可避免或減少剝落破壞的發(fā)生，增強(qiáng)復(fù)合夾芯板的防護(hù)能力。

4 結(jié)論

本文基于一維平面波理論，研究了復(fù)合夾芯板內(nèi)波的傳播與層裂效應(yīng)。

(1)考慮應(yīng)力波在夾芯板各層之間的反射和透射，得到了各層介質(zhì)中壓力時(shí)程的理論計(jì)算公式，建立了一維平面波荷載在夾芯板中傳播的理論計(jì)算方法?；趧?dòng)量定律和第一強(qiáng)度理論，得到了夾芯板運(yùn)動(dòng)與破壞特征的理論計(jì)算公式。

(2)通過理論計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較分析證明了理論計(jì)算方法的正確性。

(3)夾芯板對(duì)爆炸荷載防護(hù)特性的分析表明，雖然第一層鋼板和夾芯層可以顯著降低爆炸沖擊波的峰值，但第二層鋼板才是抵御爆炸沖擊波的主要部位，而復(fù)合夾芯層的剝落破壞也需重點(diǎn)關(guān)注。

(4)增強(qiáng)第二層鋼板的強(qiáng)度和整體剛度，提高夾芯層在垂直平板方向的抗拉強(qiáng)度可以增強(qiáng)復(fù)合夾芯板的防護(hù)能力。

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