冲击波-破片群联合作用下舰船复合材料结构近场动力学损伤模拟

马福临 杨娜娜 赵天佑 陈志鹏 姚熊亮

马福临, 杨娜娜, 赵天佑, 陈志鹏, 姚熊亮. 冲击波-破片群联合作用下舰船复合材料结构近场动力学损伤模拟[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(3): 033304. doi: 10.11883/bzycj-2021-0080
引用本文: 马福临, 杨娜娜, 赵天佑, 陈志鹏, 姚熊亮. 冲击波-破片群联合作用下舰船复合材料结构近场动力学损伤模拟[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(3): 033304. doi: 10.11883/bzycj-2021-0080
MA Fulin, YANG Nana, ZHAO Tianyou, CHEN Zhipeng, YAO Xiongliang. Peridynamic damage simulation of ship composite structures subjected to combined action of shock wave and fragments[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(3): 033304. doi: 10.11883/bzycj-2021-0080
Citation: MA Fulin, YANG Nana, ZHAO Tianyou, CHEN Zhipeng, YAO Xiongliang. Peridynamic damage simulation of ship composite structures subjected to combined action of shock wave and fragments[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(3): 033304. doi: 10.11883/bzycj-2021-0080

冲击波-破片群联合作用下舰船复合材料结构近场动力学损伤模拟

doi: 10.11883/bzycj-2021-0080
基金项目: 国家自然科学基金(51879048, 51809054)
详细信息
    作者简介:

    马福临(1995- ),男,硕士研究生,mafulin13@163.com

    通讯作者:

    杨娜娜(1980- ),女,博士,教授,yangnana@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: O382

Peridynamic damage simulation of ship composite structures subjected to combined action of shock wave and fragments

  • 摘要: 采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论,模拟复合材料结构在冲击波-破片群联合作用下的损伤情况。根据复合材料结构承受的载荷特性,分析冲击波-破片群联合作用下层合板及加筋板结构的损伤模式,考虑载荷作用次序等因素对于联合作用毁伤能力的影响规律。结果表明:联合作用对复合材料结构的损伤程度主要与冲击波强度、破片群侵彻能力、作用次序有关,主要损伤模式为分层失效、基体损伤、剪切损伤以及结构大变形;对于层合板而言,在冲击波先作用的工况下,结构损伤程度更高,损伤范围更大;对于加筋板而言,由于加筋板的筋条能显著降低冲击波作用,进而降低冲击波对破片群侵彻能力的增强效应,最终影响联合作用的毁伤能力,因而在破片群先作用的工况下反而损伤更严重。
  • 图  1  复合材料PD键[8]

    Figure  1.  PD bonds of a composite[8]

    图  2  破片群-冲击波联合作用工况

    Figure  2.  A fragment group-shock wave combined action condition

    图  3  模型损伤程度

    Figure  3.  Damage degree of the model

    图  4  冲击波先于破片群作用工况下层合板的变形

    Figure  4.  The deformation of the laminated plate when the shock wave precedes the fragment group

    图  5  破片群先于冲击波作用工况下层合板的变形

    Figure  5.  The deformation of the laminated plate when the fragment group precedes the shock wave

    图  6  加筋板筋条的布置

    Figure  6.  Layout of the rids of the reinforced plates

    表  1  靶板基本性能参数

    Table  1.   Basic performance parameters of the target

    参数数值单位
    $ {E_1} $159.96GPa
    $ {E_2} $8.97GPa
    $ {E_3} $8.97GPa
    ${\nu _{12}}$0.33
    ${\nu _{13}}$0.33
    ${\nu _{23}}$0.5
    $ {G_{12}} $4.05GPa
    $ {G_{13}} $4.05GPa
    $ {G_{23}} $2.3GPa
    $ \rho $1 800kg/m3
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    表  2  计算工况参数

    Table  2.   Working condition parameters

    工况S/mm作用次序v/(m∙s−1)L/mW/kg
    1 0冲击波先8002.08.0
    2 50冲击波先8002.08.0
    3100冲击波先8002.08.0
    4500冲击波先8002.08.0
    5 0破片群先8002.08.0
    6 50破片群先8002.08.0
    7100破片群先8002.08.0
    8500破片群先8002.08.0
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    表  3  冲击波先于破片群作用工况下,层合板的损伤情况

    Table  3.   The damage in the laminates when the shock wave precedes the fragment group

    损伤工况1工况2工况3工况4
    基体损伤
    纤维断裂
    层间损伤
    剪切损伤
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    表  4  破片群先于冲击波作用工况下,层合板的损伤情况

    Table  4.   The damage in the laminates when the fragment group precedes the shock wave

    损伤工况5工况6工况7工况8
    基体损伤
    纤维断裂
    层间损伤
    剪切损伤
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    表  5  计算工况参数

    Table  5.   Working condition parameters

    工况L/mW/kgφ/(kg1/2·m−1)S/mmv/(m∙s−1)
    12.041.00050800
    22.081.41450800
    32.016 2.00050800
    41.541.33350800
    51.241.66750800
    61.042.00050800
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    表  6  冲击波先于破片群作用工况下层合板的损伤情况

    Table  6.   The damage in the laminates when the shock wave precedes the fragment group

    工况基体损伤纤维断裂层间损伤剪切损伤
    工况1
    工况2
    工况3
    工况4
    工况5
    工况6
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    表  7  破片群先于冲击波作用工况下层合板的损伤情况

    Table  7.   The damage of the laminates when the fragment group precedes the shock wave

    工况基体损伤纤维断裂层间损伤剪切损伤
    工况1
    工况2
    工况3
    工况4
    工况5
    工况6
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    表  8  冲击波先于破片群工况下,加筋板的损伤情况

    Table  8.   The damage in the reinforced plates when the shock wave precedes the fragment group

    损伤单根加筋平行双加筋十字加筋双十字加筋
    基体损伤
    剪切损伤
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    表  9  破片群先于冲击波作用工况下,加筋板的损伤情况

    Table  9.   The damage in of the reinforced plates when the fragment group precedes the shock wave

    损伤单根加筋平行双加筋十字加筋双十字加筋
    基体损伤
    剪切损伤
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-05
  • 修回日期:  2021-10-28
  • 网络出版日期:  2022-03-08
  • 刊出日期:  2022-04-07

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