爆炸荷载作用下复合材料蜂窝夹芯板的高效设计

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混合复合材料蜂窝夹芯结构（HCHSS）因其高比强度、高比刚度和优异的抗冲击性能，在航空航天和防御领域得到广泛应用。本研究建立了HCHSS的数值模型，采用C3D8R单元对夹芯层、前后面板进行建模，以确定蜂窝夹芯结构的真实失效行为。应用ConWep爆炸模拟加载方法进行分析。选用碳纤维/环氧树脂（CFRP）、石墨/环氧树脂、织物玄武岩纤维/聚丙烯（BFRP）和织物凯夫拉纤维/聚丙烯（KFRP）等先进复合材料进行爆炸分析。基于损伤起始和损伤扩展的渐进损伤模型通过VUMAT用户子程序实现，用于预测HCHSS的实际失效行为。面板采用AL-6XN不锈钢合金。夹芯结构承受1、2、3 kg TNT当量的爆炸荷载，比较了前后面板的挠度响应。通过改变夹芯层厚度进一步评估了夹芯板的有效性。采用纤维金属层板（FML）替代钢制面板以降低结构质量，并进行了质量与峰值挠度的关联分析。结果表明，BFRP夹芯板相比其他复合材料表现最优。在3 kg TNT爆炸荷载下，BFRP夹芯板的峰值背面挠度（PBFD）相比CFRP、GFRP和KFRP夹芯板分别降低10.64%、7.61%和4.75%。随着BFRP夹芯层厚度增加，面板峰值挠度降低，能量吸收能力增加。采用BFRP夹芯层和KFRP-钢层板面板的组合方案提供了最优的抗爆性能与轻量化平衡。与全钢夹芯板相比，该优化方案的质量降低33%，但峰值背面挠度增加约50%。

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