入水砰擊下金字塔點陣夾層板塑性動力響應分析

趙 飛，程遠勝，劉 均，汪 浩

(華中科技大學 船舶與海洋工程學院，武漢430074)

結構的入水砰擊問題，一直是國內外眾多學者關注的熱點，而有關入水砰擊的研究對象主要還是局限于傳統結構［1］，對于近些年來在船舶領域備受關注的輕質金屬夾層結構的入水砰擊問題鮮有報道。這種新型結構在抗彈道沖擊、抗爆、隱身及隔熱等性能方面充分展現出優越性，并得到了各國海軍以及船舶領域研究學者的重視，使得其成為船體防護結構以及輕型艦艇船體結構設計的熱門。歐美先進造船國家已將此結構應用于艦船甲板、艙室隔板等區域，獲得明顯的經濟收益［2-4］。當然，夾層板應用于甲板、舷側、船底板等外板防護結構時面臨著流體的沖擊考驗，由于夾層板本身面板較薄、芯層較厚以及夾芯拓撲多變使得其在考慮水彈性效應的流-固沖擊的響應特點會更為復雜。本文以輕質金字塔點陣夾層平板結構(light weight pyramidal sandwich plate structures，LWPSPS)為研究對象，利用LS-DYNA動力學軟件對LWPSPS入水砰擊過程進行模擬。

1 LWPSPS幾何模型

LWPSPS及其單胞的結構形式見圖1。

圖1 輕質金字塔點陣夾層平板(LWPSPS)

LWPSPS的尺寸參數包括:板長2a，板寬2b，單個胞元的邊長為dc，上面板(干面板)厚度為tf，下面板(濕面板)厚度為tb，夾芯高度為hc，芯層桿元長度為lc，尺寸tc×tc，芯層桿元與面板的夾角為α。面板與芯層均采用相同的金屬材料，材料的彈性模量為E、屈服應力為σy、密度為ρ、泊松比為ν、則夾芯的等效屈服應力為σcy，等效彈性模量為Ec。夾芯的相對密度d為夾芯的等效密度ρc與面板的密度ρ之比，金字塔點陣夾芯的等效材料參數為