纤维金属层合材料防阻块的冲击响应和吸能特性研究结题摘要

本项目进行了纤维金属层合材料防护基本结构防阻块冲击响应的基础性与检验性实验研究，揭示了此种防护基本结构冲击响应的基本特性与规律，并为工程性总体的有限元数值模拟，以及探索性局部的回传射线矩阵方法研究提供实验检验例证。（1）理论方面：提出了纤维金属层合材料冲击响应的发展的回传射线矩阵理论分析模型，并考虑层合材料中的一阶剪切变形效应。建立了分析纤维金属层合材料冲击响应问题的DRRM新方法，建立了此类结构的整体/局部散射矩阵、回传射线矩阵，轴向波、弯曲波、轴向-弯曲耦合波、轴向-弯曲-剪切耦合波的整体/局部传播矩阵。实现了回传射线矩阵分析层合材料结构冲击响应的主要创新点。并用发展的回传射线矩阵思想分析了应力波在此类材料中的传播特性，以及应力波在层合材料中的传播与在其结构中传播的耦合效应的发生机理，分析了层合材料防护基本结构的吸能特性。实现了阐释应力波传播与耦合效应，回传射线矩阵思想研究纤维金属层合材料防护结构冲击响应的主要创新点。（2）实验方面，应用Hopkinson压杆装置，进行了纤维金属薄壁管的冲击实验，以及进行了玻璃纤维薄壁管、天然竹纤维玻璃管的冲击实验，分析了不同材料属性薄壁管结构的动态力学性能和吸能特性。初步实现了设计基础性实验，揭示不同材料薄壁结构作为防护结构时冲击响应的特性和规律的创新点。（3）数值模拟方面：分别进行了质量块和实车模型撞击护栏系统的数值模拟计算，初步获得了较好的分析结果，特别是，实车撞击情形下，有限元模拟程序及其数值模拟结果，可为相关工程设计部门提供防撞能力和级别的设计参考。总之，研究结果给出了层合材料防阻块冲击响应的回传射线矩阵法理论分析模型、实验数据和模拟结果，可为纤维金属层合材料防护基本结构提升吸能能力的优化设计给予理论指导。

本项目进行纤维金属层合材料防护基本结构防阻块冲击响应的基础性与检验性实验研究，揭示此种防护基本结构冲击响应的基本特性与规律，并为工程性总体的有限元数值模拟，以及探索性局部的回传射线矩阵方法研究提供实验检验例证。提出纤维金属层合材料冲击响应的回传射线矩阵理论分析模型，计及材料应变率效应，并考虑层合材料中的一阶剪切变形效应。建立纤维金属层合材料防阻块冲击响应的回传射线矩阵研究方法，分析应力波在层合材料中的传播与在其结构中传播的耦合效应的发生机理，分析层合材料防护基本结构的吸能特性。以实验结果检验回传射线矩阵法分析此类结构冲击响应问题的有效性、可靠性。研究结果将给出层合材料防阻块冲击响应的回传射线矩阵法理论分析模型，为纤维金属层合材料防护基本结构提升吸能能力的优化设计给予理论指导。

双层夹心复合材料结构是指在传统的单层夹心复合材料结构的芯材中间，再插入一层很薄的类似面板的中间层(内面板)而形成的由三层面板和两层芯材组成的叠层结构。与传统的单层复合材料夹心结构相比,其具有更高的力学性能、更强的功能性（如隔音、隔热、隐身、减振性能）以及更好的可设计性（可形成对称与非对称结构设计、结构功能一体化设计）。本项目将采用实验和数值模拟相结合的方法，研究纸蜂窝、铝蜂窝、聚胺酯泡沫芯等与玻璃纤维平纹布/环氧层合板面板组成的双层夹心结构的力学特性；研究其在横向冲击载荷下的变形、损伤机理；预测其冲击损伤和冲击后剩余强度；研究冲击能量、芯材材料及两芯材的密度比、内面板位置等结构参数对损伤阻力、损伤容限以及能量吸收与耗散机理的影响规律；揭示内面板对能量吸收及耗散的作用机理，提出能量吸收与能量耗散的表征方法。为新型多层夹心复合材料结构及其它抗低速冲击多层结构的设计提供理论依据和分析方法。 2100433B

强动载下复合材料加筋板的动力屈曲特性的研究，具有重要的学术价值和现实意义。本项目针对碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）加筋板结构，通过实验研究、数值模拟和理论分析，研究强动载下CFRP复合材料加筋板的动力屈曲特性，考虑对材料性能影响显著的应变率效应和复合材料固有的损伤特性。主要研究内容包括：高应变率下CFRP复合材料的动态力学性能及本构模型研究；建立CFRP复合材料加筋板结构冲击屈曲实验测试平台，提出高效的数值计算新方法，并通过动力屈曲理论分析方法，全面研究CFRP复合材料加筋板的冲击动力屈曲特性，同时关注其损伤模式及其演化规律。本项目的研究试图建立、发展和完善复合材料加筋板的动力屈曲特性的研究方法和手段，揭示材料性能、结构特性与复合材料加筋板的动力屈曲特性和损伤机理的内在联系，为其工程应用提供理论指导，力图提升我国相关行业的基础和应用研究水平。