正弦曲线梁芯子夹层结构

在爆炸防护领域，金属点阵夹芯结构可以通过面板变形或破裂、芯子压缩变形和剪切损伤等多种形式来实现能量吸收过程，而且点阵夹芯结构高孔隙率的特点为芯子在爆炸载荷下发生的较大塑性变形提供了足够的空间。而且，夹芯结构具有轻质的特点，满足航空、航天对于轻量化的需求，金字塔或沙漏夹芯结构在静态和动态载荷作用下主要呈现为杆件的屈曲变形带来的失效，屈曲变形带来的失效使得结构承载能力下降速度较快，针对防护结构的防护能力，这种失效方式不能很好的使爆炸波得到有效的衰减。而波纹板夹芯结构虽然拥有较为平缓的冲击波卸载能力，但相对密度较大，无法很好的满足轻量化需求。因此，本成果借鉴两种类型夹芯结构的特点，将周期波纹结构与点阵结构相结合，提出了正弦曲线梁夹芯结构，旨在兼顾较好的承载能力的前提下，使得抗爆抗冲击能力得到一定提升，借助曲线梁弯曲变形特点，使得冲击波得到平缓的卸载，具有一定的储备研究意义。

正弦曲线梁夹芯结构进行空气爆炸数值模拟结果表明：

（1）通过不同幅值—周期比的前后面板中心挠度的时间历程曲线可以看出，幅值—周期比较大的夹芯结构与实体板相比性能提升较大，具有更优异的抗爆性能。

（2）通过不同曲线梁截面积的前后面板中心挠度的时间历程曲线可以看出，在相同的爆炸载荷条件下，芯子截面积越大，中心区域芯子变形量越小。这是由于芯子截面积越大，整体刚度越大，芯层更“硬”，越不容易变形，具有更好的抗爆效果。而且截面积过小时，芯子刚度较弱，易发生芯子破坏或面板破坏，工程应用意义不大。

（3）通过不同爆距对夹芯结构前后面板中心无量纲挠度和芯子变形能可以看出，爆距较小时，夹芯结构可能会出现破坏情况，爆距较大时，夹芯结构的芯子所能提供的吸能抗爆能力较弱。而且，爆炸距离对与夹芯结构的抗爆性能影响很大。实际应用时，对于爆距很小的工况，该夹芯结构的抗爆能力较弱，需根据实际情况选择合适刚度的结构设计才能发挥出最好的抗爆效果。

（4）通过不同炸药量对夹芯结构前后面板中心无量纲挠度和芯子变形能可以看出，炸药量对夹芯结构的抗爆性能影响较小，芯子在爆炸载荷下的变形能随炸药量的变化也较为均匀。而且，炸药量对于夹芯结构的抗爆性能影响较小，在实际应用中，相同参数夹芯结构可以承受的炸药量变化范围更大，而且一定跨度内的炸药量变化对夹芯结构抗爆性能影响也不大。

项目成熟情况  

技术成熟度2级，完成了模型设计、数值模拟计算和基本准静态验证实验。

应用范围

金字塔、沙漏等夹层芯子是杆系结构，其吸能前需先产生屈曲失稳后才进入塑性铰阶段，因此会造成吸能前有较高的载荷峰值，而本成果是梁系结构，直接形成塑性铰，不会产生峰值应力而持续吸能，因此对防护目标没有较大的冲击，特别适用于船舶、飞行器等航行体重要舱室及部位的抗远场冲击防护领域，也可用于汽车防撞梁及吸能防护设计，装甲车及运兵车的座舱底板抗地雷爆炸的能量吸能和人员防护领域。