爆炸載荷下實驗艙功能梯度防爆結(jié)構(gòu)的性能

陳清華 呂 可 王德俊 王建剛 王建業(yè) 馮 鵬

1.安徽理工大學(xué)機械工程學(xué)院,淮南,2320012.安徽理工大學(xué)環(huán)境友好材料與職業(yè)健康研究院(蕪湖),蕪湖,2410033.廣東立佳實業(yè)有限公司,東莞,5230004.陜汽淮南專用汽車有限公司,淮南,232001

0 引言

電池環(huán)境實驗艙是模擬不同環(huán)境條件來評估電池可靠性和安全性,幫助改進電池設(shè)計,減小熱失控風(fēng)險的一種設(shè)備。測試過程中,熱蔓延一旦發(fā)生會對實驗設(shè)備造成嚴(yán)重破壞,因此在設(shè)計環(huán)境實驗艙時,研究人員開始更多地考慮防護結(jié)構(gòu)能否抵御高強度的爆炸沖擊[1]。金屬蜂窩芯層在沖擊作用下表現(xiàn)出良好的能量吸收特性,受到越來越多研究者的關(guān)注[2]。與普通結(jié)構(gòu)相比,負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)在受到軸向壓縮時,會在壓縮方向上產(chǎn)生反力以阻止變形[3]。研究人員充分利用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的吸能特性并結(jié)合金屬蜂窩芯層,設(shè)計出一種具有負(fù)泊松比效應(yīng)的拉脹內(nèi)凹六邊形蜂窩(auxetic reentrant honeycomb,ARH)[4]結(jié)構(gòu),這種新型蜂窩夾層具有較強的抗沖擊能力和吸能能力,因此在抗爆領(lǐng)域得到了進一步的應(yīng)用。

國內(nèi)外學(xué)者對ARH結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能做了深入研究。DONG等[5]研究了胞元壁厚對內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)變形模式及負(fù)泊松比效應(yīng)的影響,初步探索了梯度ARH結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。XIAO等[6]提出了梯度蜂窩結(jié)構(gòu),并通過壓縮實驗探究不同厚度蜂窩結(jié)構(gòu)的平臺應(yīng)力和吸能能力,發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)壓潰實驗與模擬結(jié)果高度一致,梯度蜂窩芯層可以有效提升整體結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能。鄒震等[7]受自然界微觀生物結(jié)構(gòu)的啟發(fā),設(shè)計了1種新型仿生梯度ARH結(jié)構(gòu),并通過數(shù)值模擬和實驗對其耐撞性能進行了研究,發(fā)現(xiàn)具有雙功能梯度的ARH結(jié)構(gòu)在受到壓縮時會因耦合變形而具有更強的吸能能力。

由此可見,梯度負(fù)泊松比拉脹內(nèi)凹蜂窩結(jié)構(gòu)在抵抗沖擊變形時具有穩(wěn)定的力學(xué)特性,因此在環(huán)境實驗設(shè)備等領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力,但對電池環(huán)境實驗艙抵御爆炸沖擊的研究尚不多見。梯度ARH的抗爆性能及吸能特性仍不清楚,這導(dǎo)致研發(fā)人員不能根據(jù)防爆設(shè)備的變形針對性地在其薄弱處進行優(yōu)化設(shè)計[8]。本文結(jié)合樣件試驗和有限元分析方法,研究梯度拉脹內(nèi)凹蜂窩結(jié)構(gòu)在爆炸沖擊載荷下的力學(xué)表現(xiàn)和吸能行為,分析梯度參數(shù)對爆炸行為的影響,以期為動力電池試驗的安全防護提供有價值的參考與建議。

1 防爆門模型

1.1 雙功能梯度內(nèi)芯模型

爆炸發(fā)生時,防爆門內(nèi)板的入侵量反映內(nèi)芯結(jié)構(gòu)對爆炸能量的吸收情況,因此設(shè)計防爆門時,內(nèi)板的入侵量要盡可能地小[9]。ZHANG等[10]提出一種雙功能梯度(double functionally graded,DFG)結(jié)構(gòu)(由功能梯度厚度管中的功能梯度蜂窩填料組成),并研究了DFG結(jié)構(gòu)在軸向沖擊載荷下的破碎行為。研究結(jié)果表明,DFG結(jié)構(gòu)比單一功能梯度和均質(zhì)結(jié)構(gòu)具有更強的能量吸收性能?；谝陨涎芯?本文將這一結(jié)構(gòu)與ARH結(jié)構(gòu)[11]結(jié)合,設(shè)計出具有方向梯度和同心梯度的雙功能梯度負(fù)泊松比ARH芯層。與普通蜂窩芯層相比,梯度ARH結(jié)構(gòu)在受到軸向壓縮時表現(xiàn)出圖1所示的特殊載荷變形特性,使其在能量吸收方面具有更優(yōu)異的性能。

(a)ARH結(jié)構(gòu) (b)普通結(jié)構(gòu)

圖2為拉脹內(nèi)凹六邊形單胞結(jié)構(gòu)示意圖,組合單胞結(jié)構(gòu)可以形成不同梯度形式的蜂窩芯層結(jié)構(gòu)。將本文設(shè)計的負(fù)擴散(negative diffusion,ND)型和正擴散(positive diffusion,PD)型梯度蜂窩芯層結(jié)構(gòu)(圖3、圖4)與無梯度的常規(guī)芯層進行對比研究。為便于描述,將從上到下標(biāo)記為1-a層、2-a層、3-a的芯層稱為ND型梯度ARH;將從上到下標(biāo)記為3-a層、2-a層、1-a層的芯層稱為PD型梯度ARH。最后,將梯度內(nèi)芯結(jié)構(gòu)填充到傳統(tǒng)門體的外板與內(nèi)板之間,形成新型雙功能梯度ARH防爆門。

圖2 拉脹內(nèi)凹六邊形單胞結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 PD型梯度蜂窩芯層結(jié)構(gòu)

1.2 爆炸沖擊響應(yīng)模型

利用有限元方法,建立復(fù)合防爆門夾芯結(jié)構(gòu)的爆炸沖擊響應(yīng)分析模型。如圖 5 所示,雙功能梯度ARH芯層填充在內(nèi)外兩板之間,防爆門四周采用固支約束固定在環(huán)境艙艙體上。爆炸源距離內(nèi)板100 mm,內(nèi)板設(shè)置為迎爆面,爆炸能量以沖擊波形式直接作用在防爆門內(nèi)板上。

環(huán)境實驗艙可對多型號電組池進行熱失控及穿刺試驗,本文針對18650型鋰離子電池進行仿真分析。由趙春朋等[12]的研究可知,荷電狀態(tài)(SOC)達到100%時,電池爆炸能量達到峰值,單體電池等效爆炸當(dāng)量約為5.45g TNT。黃瑞等[13]的研究表明,18650型動力電池有多種不同的電池組布置方案,但相同點是一個單體電池發(fā)生熱失控時,熱蔓延釋放的能量會引燃其他單體電池,進而引發(fā)更嚴(yán)重的連續(xù)爆炸。本文研究的環(huán)境實驗艙通常可以容納150個18650單體電池同時進行熱失控試驗,假設(shè)艙內(nèi)電池同時發(fā)生熱失控,那么瞬時爆炸當(dāng)量約等于817.5g TNT。

為估算不同載荷條件下的沖擊波超壓,國內(nèi)外科研人員開展了大量行之有效的研究工作[14]。CONWEP(conventional weapons effects program)模型[15]是一種精度較高的爆炸沖擊經(jīng)驗?zāi)Ｐ?本研究基于CONWEP模型對負(fù)泊松比ARH芯層在多種載荷工況下的動態(tài)響應(yīng)進行預(yù)測。

模擬測試過程中,為獲得蜂窩芯層極限抗爆參數(shù),起爆位置設(shè)定在環(huán)境艙工作區(qū)域中心(距防爆門100 mm)處,將防爆門內(nèi)板作為迎爆面,分別分析0.6 kg、0.9 kg和1.2 kg TNT當(dāng)量爆炸載荷下的前后面板撓度、芯層變形模式及其面比吸能等參數(shù),以研究不同芯層結(jié)構(gòu)對防爆門抗爆性能的影響。

使用CONWEP模型進行顯示動力學(xué)分析,具體設(shè)置如下:分析時間為1.5 ms,默認(rèn)場變量與歷史輸出變量,內(nèi)外面板與ARH內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的接觸方式為通用接觸,沖擊波與內(nèi)板的接觸方式設(shè)置為入射波模式,防爆門外圍邊界設(shè)置為完全固定。為提高計算效率,本文采用1/4模型進行仿真,內(nèi)外板厚度方向的網(wǎng)格數(shù)為3,ARH內(nèi)芯結(jié)構(gòu)采用C3D4線性四面體網(wǎng)格進行劃分,共生成569 352個網(wǎng)格,網(wǎng)格劃分模型如圖6所示。

圖6 爆炸模型有限元網(wǎng)格劃分

1.3 材料模型

爆炸沖擊載荷作用下,防爆門結(jié)構(gòu)會在極短時間內(nèi)發(fā)生變形,而線性彈塑性本構(gòu)模型很難描述材料在高速沖擊下的動態(tài)行為,因此本研究采用Johnson-Cook本構(gòu)模型:

(1)

(2)

為進一步描述材料在爆炸沖擊下的力學(xué)特性,采用Johnson-Cook損傷模型來描述材料的破壞行為:

(3)

(4)

(5)

式中,εf為等效斷裂應(yīng)變;D1～D5為失效參數(shù);σ*為應(yīng)力三軸比;σm為平均壓應(yīng)力;σe為等效應(yīng)力;σ1、σ2、σ3分別為X向、Y向和Z向作用的應(yīng)力;DJC為累積損傷系數(shù);Δεp為塑性應(yīng)變增量。

DJC=1時,模擬將自動刪除失效的材料單元。

環(huán)境實驗艙防爆門內(nèi)板和外板均采用防爆鋼,ARH內(nèi)芯結(jié)構(gòu)采用Al6061鋁合金,相關(guān)的材料性能及Johnson-Cook參數(shù)如表1所示[16],TNT材料參數(shù)見表2。

表1 材料性能和Johnson-Cook參數(shù)

表2 TNT材料參數(shù)

1.4 模型驗證

為驗證負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)變形的可預(yù)測性,本文對樣件的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比。測試過程依據(jù) GB/T 7314—2017 抗壓試驗標(biāo)準(zhǔn)[17]進行,動力電池在密閉艙體內(nèi)爆燃時,會在極短時間內(nèi)形成大量能量積聚,由于艙門的約束,爆炸氣體最終會形成一個持續(xù)時間較長、大小相對比較穩(wěn)定的準(zhǔn)靜態(tài)壓力[18]。艙內(nèi)壓力由微秒級的高頻爆炸沖擊載荷轉(zhuǎn)變?yōu)楹撩爰壍臏?zhǔn)靜態(tài)壓力,因此此處可采用準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗進行沖擊載荷的變形驗證。由于沒有可直接參考的環(huán)境實驗艙抗爆性能試驗加載速度標(biāo)準(zhǔn),因此參照美國材料與試驗學(xué)會ASTM-D1621[19]中的相關(guān)規(guī)定,將加載速度設(shè)置為2 mm/min。首先,利用Solidworks建立負(fù)泊松比ARH芯層的有限元模型,并將其導(dǎo)入ABAQUS進行沖擊模擬。如圖7所示,采用3D打印機制造長108 mm、高72 mm、寬20 mm的模型樣件,模型材料為密度1.08 g/cm3的ABS。有限元分析過程中,上下兩板(厚度為2 mm)設(shè)為剛體,下板設(shè)置為固定約束。考慮到模型精度,將多胞ARH簡化為具有相同厚度的單胞結(jié)構(gòu)。

圖7 拉脹內(nèi)凹蜂窩芯層樣件有限元模型

使用型號為CTM8050電子萬能材料試驗機進行壓縮測試[20],測試過程中,將樣品放置于平臺上,上板通過向下移動來施加載荷,為較為理想地觀察蜂窩芯層在受到?jīng)_擊載荷時的變形特點[21],將沖擊距離分別設(shè)為初始長度的15%和20%,實驗裝置如圖8所示。

通過壓頭的力傳感器采集載荷信號來獲取變形過程中的相關(guān)數(shù)據(jù),得到壓縮載荷-位移曲線。圖9所示為待測樣件和有限元模型,通過對比可以發(fā)現(xiàn),樣件在壓縮載荷下會發(fā)生褶皺變形,有限元分析和實驗結(jié)果的坍塌模式具有良好的一致性。

(a)未變形

實驗與仿真的力-位移曲線見圖10,可以發(fā)現(xiàn)兩者總體趨勢基本相同,模擬與實驗得到的峰值壓力分別為13.83 kN和11.58 kN,相對誤差為19.41%。結(jié)合文獻[22]的實驗數(shù)據(jù)可知,負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的變形模式是可預(yù)測性的,有限元仿真可以作為可靠手段對雙功能梯度ARH芯層結(jié)構(gòu)做進一步的參數(shù)分析。

圖10 試驗與仿真的載荷-位移曲線

2 結(jié)果分析

2.1 前面板撓度

下面研究分別0.6 kg、0.9 kg、1.2 kg TNT當(dāng)量下,不同功能梯度內(nèi)芯模型的動態(tài)響應(yīng)[23]。如圖11所示,3種梯度芯層結(jié)構(gòu)的前面板在不同爆炸荷載下的最大撓度呈現(xiàn)出較大差異。0.6 kg TNT當(dāng)量時,最大撓度與最小撓度之間相差23.0%。隨著TNT當(dāng)量的增加,撓度呈現(xiàn)出線性增長的趨勢,撓度差值也增大。

圖11 不同爆炸載荷下不同梯度芯層板前面板的最大撓度

對單一梯度芯層內(nèi)面板撓度進行對比分析發(fā)現(xiàn),在研究載荷范圍內(nèi),PD型梯度芯層的抗變形能力明顯優(yōu)于另外兩種芯層結(jié)構(gòu)。功能梯度與負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)結(jié)合之后,0.6 kg TNT當(dāng)量工況下,PD型與ND型梯度芯層的前面板撓度比傳統(tǒng)蜂窩(R型)芯層分別減小23.0%和7.1%;0.9 kg TNT當(dāng)量工況下,前面板撓度分別減小25.0%和9.4%;1.2 kg TNT當(dāng)量工況下,前面板撓度分別減小26.7%和9.8%。3種工況下,R型芯層始終具有最大的前面板撓度,PD型芯層結(jié)構(gòu)的前面板撓度比ND型分別減小17.1%、17.3%、18.8%。PD型芯層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出最好的抗變形能力,這表明該芯層結(jié)構(gòu)能提高整體結(jié)構(gòu)的能量吸收能力,且其抗變形能力高于ND型芯層結(jié)構(gòu)。值得注意的是,雖然雙功能梯度結(jié)構(gòu)在一定程度上可以提高芯層結(jié)構(gòu)的抗變形能力,但不同的梯度方向?qū)Y(jié)構(gòu)抗變形能力的影響仍不明確,無法確定哪種方向梯度對抵抗變形起主導(dǎo)作用。為進一步探究雙功能梯度的耦合行為,對3種梯度模型的前后面板撓度曲線進行更深入的研究。

具有雙功能梯度的芯層結(jié)構(gòu)在爆炸荷載下的前后面板撓度-時間曲線呈現(xiàn)出較為明顯的三階段變形模式(類似夾芯結(jié)構(gòu)),如圖12、圖13所示。階段Ⅰ(載荷作用階段)持續(xù)時間為0.1 ms,沖擊載荷直接作用于前面板。階段Ⅱ,芯層受到壓縮,前后面板撓度差值開始增大,芯層壓縮行為大約在0.5 ms停止。階段Ⅲ中,梯度芯層變形量在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)波動,變形量維持在一定水平并具有一定波動,該階段持續(xù)時間為0.5～1.5 ms。對比2種芯層結(jié)構(gòu)的前后面板撓度曲線可以發(fā)現(xiàn),PD型梯度芯層進入階段Ⅲ的時間晚于ND型芯層結(jié)構(gòu),這說明PD型梯度芯層充分變形,吸收了大量沖擊能量。PD型芯層結(jié)構(gòu)的后面板撓度小于ND型梯度芯層,進一步說明PD型芯層在能量吸收方面具有更優(yōu)異的性能,因此可認(rèn)為PD型梯度排列對爆炸載荷具有較好的吸收效果。

圖12 TNT當(dāng)量為1.2 kg時PD型芯層前后面板撓度曲線

圖13 TNT當(dāng)量為1.2 kg時ND型芯層前后面板撓度曲線

綜合圖12、圖13可以看出,預(yù)測結(jié)果與參考結(jié)果[24]中,蜂窩結(jié)構(gòu)的變形均經(jīng)歷了3個典型階段:蜂窩初始彈性變形階段,此時結(jié)構(gòu)尚未發(fā)生明顯形變;蜂窩胞元漸進塑性屈服階段,此階段的結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)輕微損壞;胞元屈服密實化階段,此時的胞元結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量破壞,撓度出現(xiàn)波動并最終達到穩(wěn)定,承載能力進一步提高。

2.2 變形模式

表3所示為3種芯層結(jié)構(gòu)在不同TNT當(dāng)量載荷下,處于壓縮階段結(jié)束時的變形模態(tài)。為更好地對比3種結(jié)構(gòu)的變形模式,將1/2模型邊界設(shè)置為自由邊界。

由表3可以發(fā)現(xiàn),對于R型結(jié)構(gòu),芯層壓縮具有漸進逐層壓縮的特點,各層受力較為均勻,隨著沖擊載荷的增大,芯層壓縮量也增大。沖擊載荷通過內(nèi)面板傳遞給芯層結(jié)構(gòu),由于R型結(jié)構(gòu)各層均勻排列,因此沖擊載荷無法通過面內(nèi)梯度引導(dǎo)力的傳輸,這導(dǎo)致R型芯層結(jié)構(gòu)的抗變形能力較差。對于PD型和ND型結(jié)構(gòu),沖擊波直接作用于芯層中心位置,由于功能梯度對沖擊載荷具有引導(dǎo)和分散機制,將載荷以“菱形”形式向下傳遞,這使得貼近內(nèi)面板一側(cè)的芯層壓縮量較大,且面內(nèi)不同部位的壓縮率也不相同。由3.1節(jié)的研究可知,3種工況下,PD型芯層的變形量較R型芯層分別減小23%、25.0%、26.7%。

PD型與ND型芯層結(jié)構(gòu)的變形模式較為相似,但兩者對沖擊載荷的誘導(dǎo)方向存在差異,因此PD型芯層結(jié)構(gòu)在不同工況下的壓縮量始終小于另外兩種結(jié)構(gòu),3種工況下,PD型結(jié)構(gòu)的變形量較ND型結(jié)構(gòu)分別減小17.1%、17.3%、18.8%,抗變形能力更好。由此可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)兩種梯度耦合時,梯度芯層結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)芯層結(jié)構(gòu)有較大差異,變形模式的改變導(dǎo)致芯層結(jié)構(gòu)抗變形能力增強。

2.3 能量吸收能力

設(shè)計防爆結(jié)構(gòu)的總體目標(biāo)是通過結(jié)構(gòu)的充分變形吸收沖擊能量,從而最大程度地減小爆炸沖擊波對艙體及艙外操作人員造成的傷害。芯層的能量吸收能力是防爆結(jié)構(gòu)抗爆性能的重要評價指標(biāo)。圖14～圖16所示為3種芯層結(jié)構(gòu)在不同爆炸載荷作用下的總能量吸收(energy absorption,EA)。隨著載荷沖量的不斷增加,3種芯層吸收的總能量均逐漸增多。PD型芯層、ND型芯層分別具有最好和最差的能量吸收能力。由圖14～圖16可以看出:邊界固定、TNT當(dāng)量分別為0.6 kg、0.9 kg、1.2 kg時,PD型芯層相較于其他雙功能梯度芯層表現(xiàn)出最好的能量吸收效果,且整體吸收時間不超過0.15 ms。

圖14 PD型芯層在不同工況下的能量吸收

圖15 ND型芯層不同工況下的能量吸收

圖16 R型芯層不同工況下的能量吸收

PD型芯層在1.2 kg TNT當(dāng)量載荷下的能量吸收較0.9 kg TNT當(dāng)量載荷有較大削減,原因是較大的載荷沖量導(dǎo)致芯層結(jié)構(gòu)快速發(fā)生變形進而失效,削弱了蜂窩芯層抵抗變形的能力。0.6 kg TNT當(dāng)量載荷下,PD型芯層吸收的總能量是R型芯層的3.91倍。0.9 kg TNT當(dāng)量載荷下,PD型芯層吸收的總能量是R型芯層的8.17倍,能量吸收能力相較于傳統(tǒng)芯層得到大幅提升。

面比吸能反映單位面密度結(jié)構(gòu)所能吸收的能量,為滿足結(jié)構(gòu)輕量化與高抗爆設(shè)計要求,將面比吸能

α=EA/ma

(6)

式中,EA為蜂窩芯層結(jié)構(gòu)吸收爆炸沖擊總能量,kJ;ma為單位面積蜂窩芯層質(zhì)量,kg。

作為結(jié)構(gòu)吸能效率評價指標(biāo)[25],通過比較不同芯層在不同沖量作用下的面比吸能,全面了解芯層結(jié)構(gòu)對能量吸收性能的影響規(guī)律,從而為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和性能提升提供理論基礎(chǔ)。

利用式(6)可以計算出3種蜂窩芯層在3種工況下的面比吸能,如圖17所示。仿真預(yù)測結(jié)果表明,隨著爆炸載荷的增大,R型和ND型芯層的面比吸能基本維持線性增長,PD型芯層的面比吸能表現(xiàn)出非線性增長趨勢。TNT當(dāng)量為0.9 kg時,PD型芯層的面比吸能具有最大值;TNT當(dāng)量超過0.9 kg時,隨著載荷的增大,面比吸能呈現(xiàn)下降趨勢,但仍保持較高的吸能水平。相比其他兩種芯層結(jié)構(gòu),PD型芯層在未失效的情況下能吸收更多的總能量。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于PD型芯層具有更多的內(nèi)凹六邊形單胞結(jié)構(gòu),可以通過多胞結(jié)構(gòu)的重復(fù)變形來擴大反力。

圖17 不同梯度芯層的面比吸能

此外,PD型芯層的特殊梯度設(shè)計使其具有更輕的質(zhì)量,比傳統(tǒng)的ARH結(jié)構(gòu)具有更高的面比吸能性能。0.9 kg TNT當(dāng)量工況下,PD型芯層的能量吸收密度比ND型芯層提高了5.79倍。與單一梯度設(shè)計相比,雙功能梯度芯層的能量吸收水平進一步提高了64.6%～83.6%,提升效果顯著。

3 結(jié)論

(1)在芯層質(zhì)量相同的情況下,合理的雙功能梯度設(shè)計可在不增加額外質(zhì)量的前提下將蜂窩芯層前面板的撓度降低23%～26.7%,從而提高夾芯結(jié)構(gòu)的抗爆性能。TNT爆炸當(dāng)量分別為0.6 kg、0.9 kg、1.2 kg,爆炸距離為100 mm的工況下,具有雙功能梯度的PD型芯層比ND型芯層的前面板撓度最大減小18.8%,這表明正擴散方向梯度在抵抗變形時占據(jù)主導(dǎo)地位。

(2)TNT爆炸當(dāng)量分別為0.6 kg、0.9 kg、1.2 kg,爆炸距離為100 mm時,PD型結(jié)構(gòu)可顯著提高芯層的總吸能能力,比單一梯度蜂窩芯層提高64.6%～83.6%;隨著載荷的增加,總吸收能力也逐漸提高;PD型芯層在0.9 kg TNT當(dāng)量時的吸能效果最好。PD芯層的比吸能對比間接證明它在結(jié)構(gòu)不發(fā)生失效的情況下具有更好的吸能效果。

(3)從結(jié)構(gòu)變形模式來看,雙功能梯度蜂窩芯層在受到爆炸沖擊時,通過面內(nèi)梯度對爆炸載荷進行引導(dǎo)和分散,將載荷以“菱形”形式向下層傳遞,并且利用多胞結(jié)構(gòu)的重復(fù)變形擴大反力。0.9 kg TNT當(dāng)量工況下,PD型芯層比ND型芯層的能量吸收密度提高了5.79倍。雙功能梯度ARH比單功能梯度ARH具有更高的能量吸收密度。這說明引入雙功能梯度、合理設(shè)計排列可以增強載荷誘導(dǎo)能力,進一步提高芯層能量吸收效率。