多级格栅加筋板的抗爆机理与多模式破坏理论研究

基本信息
批准号:51908549
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:张蓓
学科分类:
依托单位:中国人民解放军军事科学院国防工程研究院
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
复合材料结构多模式破坏理论抗爆机理多级格栅加筋板
结项摘要

Protective engineering is related to the safety of people's lives and property. In recent years, the lightweight design of protective structures has become a new research field to promote the development of protective engineering. The hierarchical grid stiffened panel of lightweight high-strength fiber composite has good anti-explosion performance and is a reasonable and feasible choice for the lightweight of protective structure. However, this structural form is relatively complicated, which brings certain difficulties for theoretical analysis. This thesis intends to use the combination of experimental research, theoretical analysis and numerical calculation to systematically study the anti-explosion performance and failure mechanism of hierarchical grid stiffened panels. Through the explosion test, the deformation characteristics and failure phenomena of the structure are explored. Based on the multi-scale asymptotic expansion homogenization and structural mechanics method, combined with the theory of discrete stiffener, a coupling analysis method is formed to establish the calculation theory of structural dynamic response under blast loading. The multi-degree of freedom equivalent static load method is proposed. According to the composite damage criterion and structural failure law, the multi-mode failure theory model is established, the failure mode diagram is drawn, and the damage assessment method of the structure is proposed. Combined with the finite element calculation, the structural optimization design method is proposed. The research results will help to reveal the anti-explosion dynamics of hierarchical grid stiffened panels, and provide theoretical guidance and technical support for the application of the structure in protective engineering.

防护工程关系人民的生命财产安全。近年来,防护结构的轻量化设计成为推动防护工程建设发展的新的研究领域。轻质高强纤维复合材料的多级格栅加筋板具有良好的抗爆性能,是一种合理可行的轻量化防护结构的选择。但该结构形式相对复杂,为理论分析带来一定难度。本课题拟采用试验研究、理论分析和数值计算三种手段相结合的方法,系统研究多级格栅加筋板的抗爆性能和破坏机理。通过爆炸试验,探索该结构的变形特征和破坏现象;基于多尺度渐近展开式均匀化和结构力学方法,结合离散筋理论,形成耦合分析方法,建立爆炸载荷作用下结构动力响应的计算理论,并提出多自由度等效静载法理论;根据复合材料损伤准则和结构破坏规律,建立多模式破坏理论模型,绘制破坏模式图,提出结构的损伤评估方法;结合有限元计算,提出结构优化设计方法。该研究成果将有助于揭示多级格栅加筋板的抗爆动力学特性,为该结构在防护工程中的应用提供理论指导和技术支持。

项目摘要

多级格栅加筋板具有良好的抗爆性能,是防护结构轻量化的一种合理可行的选择,但其理论研究相对滞后。本课题通过采用理论分析、试验验证和数值计算三种手段相结合的方法,建立结构抗爆计算方法,系统研究多级格栅加筋板的抗爆性能和破坏机理,可为该结构在防护工程中的应用提供理论依据和技术支撑。. 具体而言:1)加筋板在爆炸荷载作用下呈现既有整体变形又有局部变形的耦合变形模式,在本研究中,结合离散筋理论,提出针对耦合变形的加筋板抗爆理论,该理论可有效预测结构在爆炸荷载作用下的动力响应,并通过有限元结果得到验证。通过参数分析,研究了面板厚度和加筋位置对加筋板动力响应的影响。2)针对多级加筋防护板结构建立了系统的抗爆动力学分析理论。建立多级加筋板向正交异性板转化的等效理论,并建立板结构的动力控制方程,采用振型叠加法对多级加筋板结构进行解析计算。对比位移等效和应变等效,建立多级加筋板动力响应计算的等效静载法,并与振型叠加法的计算结果进行对比分析,吻合良好。3)根据最大应变准则,提出了最大承载力的计算方法,绘制预测结构破坏的P-I曲线,提出结构的损伤评估方法。根据载荷大小不同,建立结构多模式破坏模型,绘制破坏模式图,结合有限元计算,对多级加筋板算例进行了验证和参数化分析,提出优化设计建议。4)制备两种SMC复合材料多级加筋防护门,并对其进行抗爆试验研究。将多级加筋板的抗爆动力学理论应用于试验的防护门上,对其加以理论验证,为后续多级加筋防护结构的设计优化提供合理指导。. 本项目总计发表标注基金号论文6篇,均为SCI检索,包括Composites Part B – Engineering,Thin-Walled Structures和Constructions and Building Materials等,申请发明专利1项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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