Maximum stiffness topology optimization and dynamic response of a lightweight sandwich arch under impact load
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摘要: 基于双向渐进结构优化方法(bi-directional evolutionary structural optimization,BESO)框架,将传统动态载荷优化法中的内外层迭代引入到ABAQUS-MATLAB平台集成优化中,改进动态载荷拓扑优化流程。对初速度为100 m/s的子弹冲击下的夹芯拱结构进行拓扑优化设计和动力学响应分析。优化后夹芯拱芯层的变形模式可分为3个对称的部分,跨中区域的中部和上部主要发生压缩变形,呈现类三角点阵桁架结构,边界区域上部发生拉伸变形,下部发生压缩变形,呈现C形型结构,跨中和边界之间的过渡区域以拉弯联合变形为主,呈现Y形结构。通过与两种等质量的拱结构对比,分析了3种结构在不同初速度的子弹冲击下结构的挠度以及芯层的能量吸收情况。结果表明:在相同的冲击速度下,优化后的结构挠度最小,芯层比吸能最高;当冲击速度较低时,优化后的结构的抗冲击性能优势并不明显;在所研究的冲击速度范围内,冲击速度越高,优化后结构的抗冲击性能越好。对比对称载荷与非对称载荷(冲击点偏移量为100%)下2种优化结构在不同载荷工况下的动态响应,结果表明:载荷工况不同,得到的最终优化结果也略有所不同,但在相同载荷下结构的响应相差较小,每种工况下得到的优化结果在相应工况下所展现的力学性能略优,但均明显优于传统结构。因此,在对称冲击载荷下优化所得的结构具有一定的普遍性。Abstract: Based on the bi-directional evolutionary structural optimization method (BESO), the nested loop structure of the traditional dynamic load optimization method was introduced into the ABAQUS-MATLAB platform integrated optimization to improve the dynamic load topology optimization process. Topological optimization design and dynamic response analysis of sandwich arch structure under the impact of projectile with initial velocity of 100 m/s were carried out. After optimization, the deformation mode of the core for sandwich arch can be divided into three symmetrical part: the compression dominated deformation occurs in the middle and the upper part of the mid-span region, which like the triangular lattice truss structure; the tensile and compression dominated deformation occurs in the upper and the lower part of the boundary region respectively, which presents the C-shaped structure; and the transition region, which presents the Y-shaped structure, between the mid-span and the boundary is dominated by the combination of tension and bending deformation. The dynamic response of the optimization results under the impact load was analyzed. The deflections of top and bottom sheets and energy absorption of core of two comparison models with equal mass (Voronoi aluminum foam sandwich arch and solid arch) and optimization arch structure under the impact load with the initial velocity of 100 m/s were compared. The deflection and specific energy absorption of the cores of the three models under the impact of the projectiles with the initial velocities of 100, 80, 50 and 20 m/s were compared. The results show that: under the same impact velocity, the optimization structure has the minimum deflection and the maximum specific energy absorption capability; while with the low impact velocity, the impact-resistance advantage of the optimization structure is not obvious. Furthermore, in the range of the impact velocity which has been studied, the optimization structure shows the better impact-resistance performance with the higher velocity. The dynamic responses of the two optimization structures with symmetric load and asymmetric load (the offset of impact point is 100%) under different load conditions were compared. The deflection of top and bottom sheets and the specific energy absorption of core of four models (symmetric optimization result, asymmetric optimization result, Voronoi aluminum foam sandwich arch and solid arch) were compared. The results show that: under different load conditions, the final optimization results are slightly different, and the different of structural responses under the same load is relatively small. The optimization results obtained under each working condition show slightly better mechanical properties under the corresponding condition, but optimization structures are significantly better than the traditional structures. Therefore, the structure optimized by symmetrical impact load has a certain universality.
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Key words:
- topology optimization /
- impact load /
- sandwich arch /
- dynamic response /
- energy absorption
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钛合金(Ti-6Al-4V)因具有低密度、高比强度、耐腐蚀以及良好的耐热性和生物相容性等优势,被广泛地应用于航空航天、国防军事、能源等领域[1-2]。但钛合金由于熔点高、难变形、易开裂和难切削,常用的铸造、锻造和机加工制造复杂零件存在工艺流程长、能耗高、易开裂、刀具损耗快等问题,因此加工周期偏长、材料利用率低,这增加了钛合金的应用成本。激光选区熔化(selective laser melting, SLM)作为近十几年来快速发展的增材制造技术,基于零件的数字模型文件,通过控制高能束激光逐层熔化细小金属粉末的方式来使实体成型。由于具有细微光斑、高能量密度等特点,SLM技术可直接制造高性能、复杂结构的致密金属零部件,在航空航天、装备制造等关键领域得到越来越多的应用。尤其当增材制造技术与某些具有特殊性能的材料相结合,能够发挥传统制造技术不具备的优势。但是由于服役环境苛刻,这些增材制造的构件经常会承受高速冲击载荷(如航天中的防御攻击、航空中的飞鸟撞击等)。因此要求该材料在规定的冲击载荷下能保证结构的完整性和连续性,即具有足够的动态承载能力[3]。
材料的承载性能按照载荷的速度分为静态、准静态和动态承载:静态加载的应变率小于10−5 s−1,可不考虑应变率的影响;准静态加载的应变率范围为10−5~10−1 s−1,应变率的影响可忽略不计;应变率大于10−1 s−1为动态加载,其应变率不可忽略[4]。一些学者发现,激光选区熔化的钛合金具有非常明显的应变率敏感性,随着应变率的增加,材料的强度增加,而韧性呈相反的趋势[5]。相比于传统制造工艺,增材制造制备的材料的晶粒更细小,这样的微观组织使得材料在高应变率载荷下具有更高的强度。如Zaretsky等[6]对比了SLM成型和铸造AlSi10Mg合金在高速拉伸工况下的动态力学性能,发现前者的动态屈服强度是铸造态的2倍,而抗拉强度则达到3倍。Baxter等[7]研究了激光直接沉积AlSi10Mg_200C合金在冲击载荷下的力学性能,并基于实验数据拟合了该材料的Johnson-Cook本构关系。由于材料实验所耗费的时间和费用巨大,数值计算方法在现代工程材料和结构的变形及断裂破坏问题上发挥的作用越来越大。而本构模型是材料性能数值计算的核心问题,其参数对计算结果有很大影响,但是目前针对激光选区熔化材料的动态力学性能及其本构关系的研究尚少。
随着中国航空航天、国防军事等事业发展越来越快,对增材制造钛合金的需求越来越大,因此研究激光选区熔化钛合金的动态力学性能对其在这些领域的应用具有重要意义。本文采用Gleeble热模拟材料试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置,分别对激光选区熔化钛合金进行准静态和动态压缩实验,研究从准静态载荷到高应变率冲击载荷作用下钛合金的力学性能,并基于Johnson-Cook本构模型建立激光选区熔化钛合金的动态本构关系,同时对钛合金在高温、高应变率下的力学行为进行有限元模拟,以期为扩大激光选区熔化技术及产品的应用提供理论基础。
1. 材料和实验程序
1.1 试样制备
采用激光选区熔化工艺制备
∅5mm×5mm 的圆柱形试样,材料为Ti-6Al-4V合金粉末,平均粒径为35 μm。加工设备为Dimetal-100H金属3D打印机,优化加工工艺参数,其激光扫描功率为135 kW,扫描速度为1200 mm/s,层厚为30 μm。为了避免粉末在烧结过程中发生氧化,在成型仓内通入高纯度氩气作为保护气体。同时采用交替式扫描策略以减弱SLM工艺带来的各向异性影响。将样品从基板切除后经过500 ℃/1 h的退火处理,消除90%以上的热应力[8]。图1所示为扫描策略及试样示意图,最终样品的相对密度超过99.4%。对SLM制备的钛合金试样进行微观组织结构表征,图2给出了圆柱试样纵截面的光学金相(optical metallography, OM)图片和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)图片,可以发现:(1) 材料的致密度良好,未观察到明显的缺陷;(2) 钛合金微观组织中存在有明显的竖条熔道状结构,其产生原因可归因于SLM工艺的热循环过程。
图3给出了圆柱试样纵截面的电子背散射衍射(electron backscattered diffraction, EBSD)表征、相分布图以及α相极图。在EBSD表征区域可以观察到拉长的初始β晶粒,并且在晶粒中填充有大量的多级针状α'马氏体晶粒,这是因为在SLM制备过程中β相场急速冷却,其内部连续发生β→α的非扩散相变过程,导致形成一种过饱和的α固溶体(即α')。同时β相场的高冷却速度也导致了激光选区熔化钛合金在室温下较低的β相占比,因此在图3(b)中并没有发现β相的残留。从图3(a)和图3(c)可以得出,激光选区熔化钛合金材料择优取向的标准度要低于轧制工艺下的标准度,总体表现为随机织构。这些结果也与早期Simonelli[9]和Yang等[10]对激光选区熔化钛合金材料的研究结果相接近,其金属微观结构也存在类似的组织特点。
1.2 实验程序
图4为准静态和动态压缩实验原理简图。其中准静态压缩实验在热模拟材料试验机上进行,以0.3 mm/min的恒定速度进行压缩,名义应变率为10−3 s−1。为了研究激光选区熔化钛合金材料的温度效应,在同应变率准静态压缩载荷下进行了25~550 ℃的压缩实验。通过下式计算准静态压缩实验的工程应力(
σe )和工程应变(εe )σe−εe :{σe=F/Asεe=δ/ls (1) 式中:
F 和δ 分别为准静态测试过程中的加载力以及加载位移,As 和ls 分别为试样的初始横截面积和高度。高应变率压缩实验采用了自主研发的杆径为
14.5mm 的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,主要由撞击杆、入射杆和透射杆组成,其长度分别为0.2、1和1 m。测试时,将试样放在入射杆和透射杆之间,并使试样的成型方向与实验的加载方向保持一致。实验中的入射波、反射波和透射波的脉冲信号由固定在入射杆和透射杆上的应变片记录下来,并根据一维弹性波理论计算出工程应力(σe )、工程应变(εe )和工程应变率(˙εe ),其表达式为:{σe=Ebar(AbarAs)εt(t)˙εe=−2C0lsεr(t)εe=∫t0˙εedt (2) 式中:
Ebar 、Abar 、C0 分别为压杆的杨氏模量、截面积和波速,εr 和εt 为反射波和透射波的应变脉冲。根据准静态及动态实验的工程应力-应变数据可以得到真实应力(
σ )和应变(ε ):{σ=σe(1−εe)ε=−ln(1−εe) (3) 数值方法采用了ABAQUS有限元软件对激光选区熔化钛合金的动态冲击过程进行了仿真模拟,具体细节将在第3节给出。
2. 实验结果
2.1 准静态压缩实验
在不同实验温度下进行了钛合金试样的准静态压缩实验,其应力-应变曲线如图5所示,从图中可以得出:(1)对于各个温度条件下的准静态实验,钛合金材料的流动应力在塑性变形开始时迅速增加,但在较大应变时增加变慢,表现出典型的应变硬化现象;(2)随着温度的上升,钛合金材料的流动应力逐渐下降,并且伴随着整体应变硬化率(
∂σ/∂ε )的减小;(3)在500 ℃及更高的实验温度下的塑性变形中,应力值随着应变的增加反而呈下降趋势,表现出明显的应变软化效应。2.2 动态压缩实验
图6给出了钛合金在室温(25 ℃)条件、不同应变率载荷下的应力-应变曲线,实验所得应变率约为300~3500 s−1。由图6可知:(1)在塑性变形阶段,钛合金的流动应力随着应变的增大而逐渐增大,表现出明显的应变硬化效应,最终在压缩的卸载阶段达到应力峰值;(2)随着应变率的增加,钛合金的屈服强度呈现单调递增的趋势,极限抗压强度也从300 s−1时的1502 MPa增加至3500 s−1时的1938 MPa,这说明激光选区熔化TC4钛合金具有明显的应变率强化效应。
图7对比了本文实验和文献[11-15]关于钛合金力学性能的实验中不同应变率下的极限抗压强度,可以发现,在较高应变率时,拟合线的斜率要远大于低应变率时的斜率,说明高应变率压缩载荷下钛合金表现出更强的应变率强化效应。除此之外,还可以观察到高应变率载荷下钛合金样品的塑性要显著优于低应变率下的样品,这种由应变率诱发的塑性增强效应在许多金属材料的动态实验中[16-17]被发现:例如Qin等[18]在研究DP500双相高强度钢的动态拉伸性能中也发现了同样的现象,伴随着塑性的改善,这些金属材料的强度往往也会有一定程度的提高。
图8为钛合金在2000 s−1压缩载荷、不同温度下的应力-应变曲线,从图8中可以看出,钛合金的流动应力随温度变化的趋势与准静态下类似,但由于实验温度场与高应变率下的温升效应相互耦合作用,有效降低了钛合金材料中的位错密度,进而提升了材料的塑性流动能力,因此钛合金在高温、高应变率载荷下更易产生应变软化的现象。其原因可分析如下:塑性材料的塑性变形机制主要是位错滑移和形变孪晶的相互竞争,由孪晶造成的塑性变形是与温度和应变率密切相关的,温度越高或应变率越高,形变孪晶(钛及钛合金中最常被报道的是{1101}{1012}孪晶)的影响也就越大。在高温条件下,形变孪晶更容易被激活(在有些报道中,准静态加载条件下钛的形变孪晶在400 ℃以上产生,动态加载条件下在200 ℃产生[19]),从而占据主导地位,使得材料发生软化现象。图5中500 ℃以上的准静态应力-应变曲线出现明显的高温应变软化效应也证明了这一点。
将钛合金圆柱试样在200 ℃、2000 s−1载荷下压缩后的试样回收,从中间合适位置采用线切割切开进行微观组织观察。图9给出了冲击后的纵截面的EBSD表征,图10给出了加载前后的晶粒尺寸对比,由图中可得:(1)在高温、高应变率冲击载荷下,钛合金发生了显著的晶粒细化现象,试样的平均晶粒尺寸从4.10 µm2降低到2.87 µm2;(2)相较于未加载试样,钛合金的初始β柱状晶在冲击载荷下破碎,原先的晶界十分模糊,几乎不可见。
3. 钛合金Johnson-Cook本构参数拟合及动态冲击有限元模拟
3.1 塑性本构模型
采用Johnson-Cook塑性本构模型[20]构建激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的本构关系,该模型引入了应变硬化效应、应变率强化效应和热软化效应,其一般形式如下:
σ=(A+Bεn)(1+C ln˙ε∗)(1−T∗m) (4) 式中:
σ 和ε 分别为流动应力和塑性应变;A为参考环境温度和参考应变率下的初始屈服应力;B和n为应变硬化模量和硬化指数;C为应变率强化参数;m为热软化指数;˙ε∗ 为无量纲应变率(˙ε∗=˙ε/˙ε0 ),其中˙ε0 为参考应变率;T∗ 为无量纲温度(T∗=(T−Tr)/(Tm−Tr) ),其中Tr 为环境温度,Tm 为材料熔化温度。本文中分别取参考应变率˙ε0 =10−3 s−1、环境温度Tr =25 ℃、熔化温度Tm =1668 ℃。参照李建光等[21]关于J-C本构的相关研究进行激光选区熔化钛合金材料本构参数的标定,用于模拟其在动态冲击载荷下的力学行为。3.2 本构参数标定
当
˙ε0 =10−3 s−1、T=Tr 时,即在室温准静态载荷下进行压缩实验,此时方程可被解耦为:σ=A+Bεn (5) 将式(5)改写为:
ln(σ−A)=lnB+nlnε ,代入室温准静态压缩载荷下的应力-应变数据进行线性拟合,最终得到应变硬化参数分别为A=1186 MPa,B=734 MPa,n=0.36。热软化参数m仅与材料的温度效应有关,因此m可以通过参考应变率下不同温度的应力-应变数据得到,此时方程简化为:
σ=(A+Bεn)(1−T∗m) (6) 经过变换为
ln[1−σ/(A+Bεn)]=mlnT∗ ,易知m为该函数的斜率。由于方程中应变硬化项已经确定,经过线性拟合得到热软化参数m=0.82。应变率强化参数C反映了材料的应变率效应,可采用室温下不同应变率的应力-应变数据进行拟合,此时方程为:
σ=(A+Bεn)(1+Cln˙ε∗) (7) 显然C即为
σ/(A+Bεn)−1=C ln˙ε∗ 的斜率,代入室温下不同应变率的应力-应变数据后可得应变率强化参数C为0.025。将上述模型结果与其他参考文献中Ti-6Al-4V合金的J-C模型参数进行对比,如表1[22-29]所示,可以发现本文拟合激光选区熔化钛合金所得的本构参数与其他增材制造钛合金的参数较接近,但是相较于传统工艺制备的钛合金,本文本构模型拥有更大的A值。而本构参数反映的是材料的力学性能,但从本质上来说,材料的力学性能是由其微观组织结构决定的。对于增材制造钛合金而言,他们往往都具备有多层级α相结构,与合金钢中的板条状马氏体相类似[30],这种结构拥有更高的位错密度,其对于位错的运动以及塑性变形的开始都起到了很强的阻碍作用。除此之外,增材制造钛合金还拥有更小的晶粒尺寸和更高的α相占比,这些组织结构特点共同导致了增材制造钛合金的高强度和低韧性,在J-C本构参数上则表现为更大的A值。
表 1 其他文献Johnson-Cook本构参数与本文结果对比Table 1. Comparison of the Johnson-Cook constitutive model parameters in references and this article3.3 高温动态冲击有限元模拟
采用商业有限元软件ABAQUS/Explicit模拟激光选区熔化钛合金在不同温度、2000 s−1应变率压缩载荷下的变形过程。如图11所示,有限元模型中简化了撞击杆和吸收杆,由入射杆、透射杆以及试样组成,采用从实验中提取的梯形波进行加载。设置杆的网格单元为C3D8R单元,默认其为弹性体,采用线弹性本构。试样采用C3D8RT单元,单元尺寸为100 μm,塑性参数采用了式(8)给出的Johnson-Cook本构模型。设置杆与试样之间的接触为硬接触,界面之间设置为无摩擦。将塑性功转热系数设置为0.9,并在初始分析步的预定义场中设置不同的温度。其它有限元基本参数在表2中给出。
表 2 其他有限元模拟参数Table 2. Other finite element simulation parameters材料 密度/(kg·m−3) 杨氏模量/GPa 泊松比 线膨胀系数/℃−1 热导率/(W·m−1·℃−1) 比热/(J·kg−1·℃−1) Ti-6Al-4V 4500 114 0.34 8.6×10−6 7.955 612 18Ni 7800 190 0.3 − − − 图12为2000 s−1应变率载荷、不同温度下所得实验与有限元模拟的应力-应变曲线对比,需要说明的是,本文的有限元模拟并没有考虑损伤。由图12可知实验与模拟的应力-应变曲线有着较好的重合度,进一步验证了激光选区熔化钛合金本构参数的有效性。
4. 结 论
对激光选区熔化钛合金在不同温度下进行了准静态和动态压缩实验,并基于实验结果拟合Johnson-Cook本构模型,同时对钛合金在高温、高应变率下的力学行为进行了有限元模拟,得出以下结论。
(1)较之于传统工艺制备的钛合金材料,激光选区熔化钛合金的微观结构组织造成其屈服强度提升,并且表现出明显的应变率强化效应和热软化效应。
(2)激光选区熔化钛合金圆柱试样在高温、高应变率压缩载荷下会发生晶粒细化现象,初始β柱状晶也在冲击载荷下破碎,试样的断裂形式呈现出典型的剪切破坏模式。
(3)基于实验结果拟合了激光选区熔化钛合金材料的Johnson-Cook本构参数,能够很好地描述其在压缩载荷加载下的力学性能。
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图 7 不同类型芯层夹芯结构上、下面板速度时程曲线
Figure 7. Velocity versus time histories of the mid-span of the top and bottom panels for two types of sandwich response[34]
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[1] RIZOV V, SHIPSHA A, ZENKERT D. Indentation study of foam core sandwich composite panels [J]. Composite Structures, 2005, 69(1): 95–102. DOI: 10.1016/j.compstruct.2004.05.013. [2] HOU W H, ZHU F, LU G X, et al. Ballistic impact experiments of metallic sandwich panels with aluminium foam core [J]. International Journal of Impact Engineering, 2010, 37(10): 1045–1055. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2010.03.006. [3] ZHU F, WANG Z H, LU G X, et al. Some theoretical considerations on the dynamic response of sandwich structures under impulsive loading [J]. International Journal of Impact Engineering, 2010, 37(6): 625–637. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2009.11.003. [4] CHANG W S, VENTSEL E, KRAUTHAMMER T, et al. Bending behavior of corrugated-core sandwich plates [J]. Composite Structures, 2005, 70(1): 81–89. DOI: 10.1016/j.compstruct.2004.08.014. [5] SHU C F, ZHAO S Y, HOU S J. Crashworthiness analysis of two-layered corrugated sandwich panels under crushing loading [J]. Thin-Walled Structures, 2018, 133: 42–51. DOI: 10.1016/j.tws.2018.09.008. [6] ZHU F, ZHAO L M, LU G X, et al. A numerical simulation of the blast impact of square metallic sandwich panels [J]. International Journal of Impact Engineering, 2009, 36(5): 687–699. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2008.12.004. [7] 余同希, 朱凌, 许骏. 结构冲击动力学进展(2010—2020) [J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(12): 121401. DOI: 10.11883/bzycj-2021-0113.YU T X, ZHU L, XU J. Progress in structural impact dynamics during 2010—2020 [J]. Explosion and Shock Waves, 2021, 41(12): 121401. DOI: 10.11883/bzycj-2021-0113. [8] 王海任, 李世强, 刘志芳, 等. 爆炸载荷下双向梯度仿生夹芯圆板的力学行为 [J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(4): 043201. DOI: 10.11883/bzycj-2020-0132.WANG H R, LI S Q, LIU Z F, et al. Mechanical behaviors of bi-directional gradient bio-inspired circular sandwich plates under blast loading [J]. Explosion and Shock Waves, 2021, 41(4): 043201. DOI: 10.11883/bzycj-2020-0132. [9] 彭克锋, 崔世堂, 潘昊, 等. 冲击载荷作用下柱壳链中的弹性波传播简化模型及其解析解 [J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(1): 011403. DOI: 10.11883/bzycj-2020-0246.PENG K F, CUI S T, PAN H, et al. Simplified model of elastic wave propagation in cylindrical shell chain under impact load and its analytical solution [J]. Explosion and Shock Waves, 2021, 41(1): 011403. DOI: 10.11883/bzycj-2020-0246. [10] 曾祥, 刘彦, 许泽建, 等. 爆炸载荷作用下玻璃钢/硬质聚氨酯泡沫夹层结构抗冲击性能实验研究 [J]. 北京理工大学学报, 2021, 41(11): 1145–1153. DOI: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.036.ZENG X, LIU Y, XU Z J, et al. Experimental study on impact resistance of glass fiber reinforced plastic/rigid polyurethane foam sandwich structures under air blast loading [J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2021, 41(11): 1145–1153. DOI: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.036. [11] 邢运, 杨嘉陵. 动物进化的抗冲击策略及其仿生机理研究 [J]. 力学进展, 2021, 51(2): 295–341. DOI: 10.6052/1000-0992-20-027.XING Y, YANG J L. Research progress of impact-resistance strategies and biomi-metic mechanism in animal evolution [J]. Advances in Mechanics, 2021, 51(2): 295–341. DOI: 10.6052/1000-0992-20-027. [12] 李肖成, 徐绯, 杨磊峰, 等. 薄板在冲击载荷下线弹性理想塑性响应的相似性研究 [J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(11): 113103. DOI: 10.11883/bzycj-2020-0374.LI X C, XU F, YANG L F, et al. Study on the similarity of elasticity and ideal plasticity response of thin plate under impact loading [J]. Explosion and Shock Waves, 2021, 41(11): 113103. DOI: 10.11883/bzycj-2020-0374. [13] NIKBAKT S, KAMARIAN S, SHAKERI M. A review on optimization of composite structures Part I: laminated composites [J]. Composite Structures, 2018, 195: 158–185. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.03.063. [14] NIKBAKHT S, KAMARIAN S, SHAKERI M. A review on optimization of composite structures Part II: functionally graded materials [J]. Composite Structures, 2019, 214: 83–102. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.01.105. [15] ROZVANY G I N, BENDSOE M P, KIRSCH U. Layout optimization of structures [J]. Applied Mechanics Reviews, 1995, 48(2): 41–119. DOI: 10.1115/1.3005097. [16] RIETZ A. Sufficiency of a finite exponent in SIMP (power law) methods [J]. Structural and Multidisciplinary Optimization, 2001, 21(2): 159–163. DOI: 10.1007/s001580050180. [17] BENDSØE M P, KIKUCHI N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method [J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1988, 71(2): 197–224. DOI: 10.1016/0045-7825(88)90086-2. [18] SUZUKI K, KIKUCHI N. A homogenization method for shape and topology optimization [J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1991, 93(3): 291–318. DOI: 10.1016/0045-7825(91)90245-2. [19] XIE Y M, STEVEN G P. A simple evolutionary procedure for structural optimization [J]. Computers & Structures, 1993, 49(5): 885–896. DOI: 10.1016/0045-7949(93)90035-C. [20] QUERIN O M, STEVEN G P, XIE Y M. Evolutionary structural optimisation (ESO) using a bidirectional algorithm [J]. Engineering Computations, 1998, 15(8): 1031–1048. DOI: 10.1108/02644409810244129. [21] YOUNG V, QUERIN O M, STEVEN G P, et al. 3D and multiple load case bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) [J]. Structural Optimization, 1999, 18(2): 183–192. DOI: 10.1007/BF01195993. [22] HUANG X, XIE Y M. Bi-directional evolutionary topology optimization of continuum structures with one or multiple materials [J]. Computational Mechanics, 2009, 43(3): 393–401. DOI: 10.1007/s00466-008-0312-0. [23] HUANG X, XIE Y M. Evolutionary topology optimization of continuum structures with an additional displacement constraint [J]. Structural and Multidisciplinary Optimization, 2010, 40(1): 409–416. DOI: 10.1007/s00158-009-0382-4. [24] CHOI W S, PARK G J. Structural optimization using equivalent static loads at all time intervals [J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2002, 191(19/20): 2105–2122. DOI: 10.1016/S0045-7825(01)00373-5. [25] PARK G J, KANG B S. Validation of a structural optimization algorithm transforming dynamic loads into equivalent static loads [J]. Journal of Optimization Theory and Applications, 2003, 118(1): 191–200. DOI: 10.1023/A:1024799727258. [26] PARK K J, LEE J N, PARK G J. Structural shape optimization using equivalent static loads transformed from dynamic loads [J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2005, 63(4): 589–602. DOI: 10.1002/nme.1295. [27] 蓝萌. 双向渐进结构优化法原理及其动力学优化研究 [J]. 机电技术, 2017(1): 17–22. DOI: 10.19508/j.cnki.1672-4801.2017.01.006.LAN M. Research of bi-directional evolutionary structural optimization method and dynamic response [J]. Mechanical & Electrical Technology, 2017(1): 17–22. DOI: 10.19508/j.cnki.1672-4801.2017.01.006. [28] 王宪杰. 基于改进BESO算法的多尺度多相材料并行优化设计 [D]. 西安: 西北工业大学, 2015. DOI: 10.7666/d.D689590.WANG X J. Multi-scale concurrent optimization of compositestructure and its periodic multiphase composite materialbased on improved BESO algorithm [D]. Xi'an, Shaanxi, China: Northwestern Polytechnical University, 2015. DOI: 10.7666/d.D689590. [29] 阎琨. 冲击荷载下结构优化设计研究 [D]. 大连: 大连理工大学, 2016.YAN K. Structural optimization method of structure subject to impact loads [D]. Dalian, Liaoning, China: Dalian University of Technology. [30] YAN K, CHENG G D, WANG B P. Adjoint methods of sensitivity analysis for Lyapunov equation [J]. Structural and Multidisciplinary Optimization, 2016, 53(2): 225–237. DOI: 10.1007/s00158-015-1323-z. [31] HUANG X, XIE Y M. Evolutionary topology optimization of continuum structures: methods and applications [M]. Chichester, UK: Wiley, 2010: 17–50. [32] ZHANG Y, JIN T, LI S Q, et al. Sample size effect on the mechanical behavior of aluminum foam [J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2019, 151: 622–638. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2018.12.019. [33] TILBROOK M T, DESHPANDE V S, FLECK N A. The impulsive response of sandwich beams: Analytical and numerical investigation of regimes of behaviour [J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2006, 54(11): 2242–2280. DOI: 10.1016/j.jmps.2006.07.001. [34] FLECK N A, DESHPANDE V S. The resistance of clamped sandwich beams to shock loading [J]. Journal of Applied Mechanics, 2004, 71(3): 386–401. DOI: 10.1115/1.1629109. [35] XIE Q H, JING L, WANG Z H, et al. Deformation and failure of clamped shallow sandwich arches with foam core subjected to projectile impact [J]. Composites Part B:Engineering, 2013, 44(1): 330–338. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.04.070. [36] 张鹏飞, 刘志芳, 李世强. 内爆炸载荷下梯度泡沫铝夹芯管的动态响应 [J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(7): 071402. DOI: 10.11883/bzycj-2019-0418.ZHANG P F, LIU Z F, LI S Q. Dynamic response of sandwich tubes with graded foam aluminum cores under internal blast loading [J]. Explosion and Shock Waves, 2020, 40(7): 071402. DOI: 10.11883/bzycj-2019-0418. [37] 苏兴亚, 敬霖, 赵隆茂. 爆炸载荷下分层梯度泡沫铝夹芯板的失效模式与抗冲击性能 [J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(6): 063103. DOI: 10.11883/bzycj-2018-0198.SU X Y, JING L, ZHAO L M. Failure modes and shock resistance of sandwich panels with layered-gradient aluminum foam cores under air-blast loading [J]. Explosion and Shock Waves, 2019, 39(6): 063103. DOI: 10.11883/bzycj-2018-0198. [38] 叶楠, 张伟, 黄威, 等. PVC夹芯板在冲击载荷下的动态响应与失效模式 [J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(1): 37–45. DOI: 10.11883/1001-1455(2017)01-0037-09.YE N, ZHANG W, HUANG W, et al. Dynamic response and failure mode of PVC sandwich plates subjected to impact loading [J]. Explosion and Shock Waves, 2017, 37(1): 37–45. DOI: 10.11883/1001-1455(2017)01-0037-09. [39] 邹广平, 孙杭其, 唱忠良, 等. 聚氨酯/钢夹芯结构爆炸载荷下动力学响应的数值模拟 [J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(6): 907–912. DOI: 10.11883/1001-1455(2015)06-0907-06.ZOU G P, SUN H Q, CHANG Z L, et al. Numerical simulation on dynamic response of polyurethane/steel sandwich structure under blast loading [J]. Explosion and Shock Waves, 2015, 35(6): 907–912. DOI: 10.11883/1001-1455(2015)06-0907-06. 期刊类型引用(7)
1. 李祥辉,张兴渝,胡家豪,刘洋,马伯翰,王永刚,蒋招绣. AISI 4340钢靶大塑性模型及断裂起始模型参数研究. 兵工学报. 2025(01): 301-316 . 百度学术
2. 甘志鹏,涂灿,陈剑斌,谢超,王永刚,汪小锋. 退火态增材制造AZ91D镁合金在极端条件下的力学行为. 中国有色金属学报. 2024(04): 1268-1284 . 百度学术
3. 刘涛,史正宏,雷经发,王璐,柏威. TC4钛合金在不同固溶温度下的微观结构及动态力学行为. 材料热处理学报. 2024(12): 100-109 . 百度学术
4. 王丰,刘蒙,李国和,王大春,闫冬,范建勋. 金属增减材制造本构模型获取方法研究进展. 表面技术. 2023(03): 52-63 . 百度学术
5. 史京帅,李忠华,刘斌,蒯泽宙,李霍东,陈彦磊,温海骏. 基于选区激光熔化的钛合金薄壁结构等刚度设计及性能研究. 应用激光. 2023(04): 1-8 . 百度学术
6. 朱磊,杨勇,张继元,范树迁,魏文猴. N_2对增材制造钛基复合材料组织和性能的影响. 工程科学学报. 2023(09): 1509-1516 . 百度学术
7. 刘涛,邵博,雷经发,王璐,孙虹. 固溶温度对TC4钛合金微观组织和动态拉伸力学性能的影响. 稀有金属材料与工程. 2023(12): 4133-4140 . 百度学术
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