爆炸载荷下拉胀与常规蜂窝夹层梁动态响应的理论分析与性能优化

本文提出了一种新型分析模型，用于预测拉胀（AHSBs）和常规（RHSBs）蜂窝夹层梁在爆炸载荷下的动态响应。该模型通过整合芯层动态压缩强度并明确考虑拉胀负泊松比（NPR）效应，改进了传统的三阶段响应模型。研究结果表明，在特定比例距离下，AHSBs相较于RHSBs能显著降低最大挠度（降低11.41%-20%）并提高能量吸收（提高10.47%-42.39%）。研究进一步采用NSGA-II遗传算法对夹层梁进行多目标优化，旨在实现轻量化的同时最大化比能量吸收（SEA）并最小化挠度。该模型为抗爆结构设计提供了重要的理论依据和优化工具。

　　

研究亮点

研究概述

图1展示了用于预测面内蜂窝夹层梁（HSBs）爆炸响应的增强型理论框架，其包含三大关键创新：(1) 开发了一种动态强度模型，该模型协同结合了准静态强度参数和惯性系数，以精确表征压缩行为；(2) 修正的屈服准则和平均压缩应变，整合了拉胀负泊松比（NPR）效应与推导出的动态压缩强度 [28]；(3) 一种先进的三阶段...

面内蜂窝结构的动态压缩响应模型

图2展示了面内蜂窝结构动态压缩响应模型的概念框架。该模型以Reid等人[29]的动态压缩强度公式（σ_d = σ₀ + Cv²）为基础，通过对蜂窝结构塌陷周期的详细分析，进一步细化了惯性系数C。通过将准静态强度与精炼后的...

爆炸载荷下面内HSBs的三阶段响应模型

图8展示了模拟面内HSBs对爆炸载荷响应的概念框架。Fleck等人[8]提出了一个三阶段响应模型来描述夹层梁的行为，该模型结合屈服准则来确定夹层结构的最大位移。然而，他们的模型主要针对面外蜂窝芯层，忽略了面内压缩行为——特别是拉胀蜂窝中的负泊松比（NPR）效应。在...

多目标优化

第4节讨论了如何利用图18所示的NSGA-II遗传算法优化HSB晶胞的设计参数，以实现轻量化结构，同时保持高抗爆性和能量吸收效率。优化参数包括水平边壁厚度t₁、倾斜边壁厚度t₂、水平边长l₀、倾斜边长h₀以及晶胞角θ₀。如图4所示，水平边壁厚度t₁和...

结论

本研究提出了评估拉胀（AHSBs）和常规（RHSBs）蜂窝夹层梁爆炸响应分析模型的改进方案。推导出了适用于不同几何构型的面内HSBs的修正动态压缩强度σ′_d。通过引入σ′_d、芯层压缩屈服准则和提出的平均压缩应变ε′_c，增强了面内HSBs的三阶段响应模型，以确定HSBs的变形和能量吸收特性。该模型...