爆炸载荷下飞机典型加筋结构毁伤特性*
2021-01-26刘文祥童念雪殷文骏师莹菊张德志
爆炸与冲击 2021年1期
程 帅,刘文祥,童念雪,殷文骏,师莹菊,张德志
(西北核技术研究所强动载与效应重点实验室,陕西 西安 710024)
加筋结构具有结构强度高、质量轻等优点,是飞机外表面的常见结构,也是支撑飞机强度、保证气动外形设计的重要基础。研究加筋结构在爆炸冲击波作用下的毁伤特性,对飞机抗爆能力设计有重要意义。
加筋板是飞机外型的典型机构,加筋板在爆炸冲击波作用下的破坏效应一直是装备设计中的热点问题。对于爆炸载荷下加筋板破坏效应的研究集中开始于20 世纪90 年代,是在梁、圆板、矩形板等简单结构冲击破坏效应的基础上展开的[1-2]。与简单板相似,加筋板在爆炸载荷作用下也主要存在3 种破坏模式:塑性大变形(模式Ⅰ)、拉伸撕裂(模式Ⅱ)和剪切撕裂(模式Ⅲ),其中模式Ⅲ一般发生在载荷强度较大[3]或材料强度较高[4]的情况下。模式Ⅰ下加筋板的变形规律相对简单,加强筋随面板共同发生塑性变形,且变形随爆炸载荷强度的升高而单调增大[5-6],且具有较好的线性关系[7-8]。对于模式Ⅱ的破坏情况,Nurick 等[7]的实验结果表明,加强筋能够减小板中心的位移,且随着加强筋刚度增高,拉伸撕裂的位置由边界逐渐过渡到加强筋处。Rudrapatna 等[9]建立了固支矩形加筋板动态响应模型,预测了相似的破坏模式。Yuen 等[10]进一步研究发现,加强筋虽然能够减小板中心的位移,但也限制了板的塑性变形能力,因而降低了拉伸撕裂发生时的载荷强度。同时,加强筋的分布也是影响加筋板抗爆性能的重要因素:单根加强筋位于板的对称面时可以起到加固效果,但等距、平行排布的双加强筋则会将板的变形限制在中心区域,降低加筋板拉伸撕裂的载荷阈值[11-12]。……
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