爆炸荷载作用下泡沫铝材料缓冲耗能特性数值分析1

引言

近年来，因爆炸引起的建筑结构破坏的事件经常发生，对建筑结构抗爆炸能力的研究越来越受到重视。当前，很多建筑是通过加大构件截面、提高配筋率的方法和增加构件保护面层厚度等方法提高其抗爆能力的。但这些方法既不经济也不实用。随着科技的发展，越来越多的新型功能材料不断涌现出来，这就为结构抗爆研究开辟了另外一条新路。虽然很多学者已经在军事结构防爆研究中对新型防护材料的防爆能力做了大量的研究，但是在民用建筑中新型材料的防爆研究还是不多。本文利用一种新型的泡沫金属材料--泡沫铝研制出一种缓冲耗能面层(耗能器)，用于耗散作用在结构上的爆炸能量，以达到保护结构构件，减少经济损失的目的。这种缓冲耗能面层是以钢板为表层，泡沫铝为夹层构成的，保护在结构面层。

1、耗能减振机理
在爆炸荷载作用下，泡沫铝夹层在冲击荷载作用下被压实，对冲击波产生了卸载稀疏作用，在泡沫铝的大变形(压实)过程中吸收耗散大量的冲击波能量，减小爆炸能量对结构的作用，达到保护结构的目的。当爆炸波的强度相对较小时，泡洙铝起到减缓透射作用;当强度相对较大时,依靠泡沫铝的塑性大变形，耗散爆炸能量。
泡沫铝起到减缓透射作用可以用一维波动理论解释。爆炸产生的应力波在多孔材料夹层复合结构中的传播可以近似认为是一维的，为了简化计算并与一维应力波理论相符合，采用以下假定，见图:
(1)复合面层结构变形时，截面保持平面；
(2)沿截面积各点位移相同；
(3)截面上应力均匀分布。