(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210563512.3 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 北京交通大 学 地址 100044 北京市海淀区西直门外上园 村3号 (72)发明人 刘颖　王玥　于海超　 (74)专利代理 机构 北京市诚辉律师事务所 11430 专利代理师 杨帅峰　岳东升 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/26(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 爆炸冲击波在质量变化空心球夹芯复合结 构中的传播分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种爆炸冲击波在质量变化 空心球夹芯复合结构中的传播分析方法， 用于预 测具有不同质量的空心球夹芯复合结构在爆炸 载荷下的变形模式以及爆炸冲击波的传播规律， 从而进一步控制结构的抗爆性能。 该方法包括： 建立层合板 ‑空心球夹芯复合结构并分析其动力 学响应的变形模式； 引入爆炸冲击波在复合结构 中传播和扩散的三个阶段； 通过调节空心球质 量， 控制层合板 ‑空心球夹芯复合结构的防护 能 力。 本发明提供的分析方法， 能够在已知爆炸环 境的前提下， 选取合适的层合板材料和几何尺 寸， 调控空心球的外径和壁厚， 从而控制复合结 构的变形模式， 预测复合结构中爆炸冲击波的传 播规律， 提高复合结构的抗爆性能。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 114896846 A 2022.08.12 CN 114896846 A 1.一种爆炸冲击波在质量变化空心球夹芯复合结构中的传播分析方法， 其特征是所述 方法包括： 步骤1： 建立层合板 ‑空心球夹芯复合结构并分析其动力学响应的变形模式； 步骤2： 引入爆炸冲击波在复合结构中传播和扩散的三个阶段； 步骤3： 通过调节空心球质量， 控制层合板 ‑空心球夹芯复合结构的防护能力。 2.根据权利要求1所述的一种爆炸冲击波在质量变化空心球夹芯复合结构中的传播分 析方法， 其特征是所述步骤1具体是， 首先根据现场爆炸环境确定防护结构的整体质量范 围， 依据实际工程需要， 给出上下层合板的具体尺寸； 其次进行质量计算， 通过改变外径和 壁厚的大小 得到满足质量和尺 寸要求的空心球夹芯层， 利用ANSYS/LS ‑DYNA建立层合板 ‑空 心球夹芯复合结构以及对应的空气和炸药模型， 同时进行流固耦合计算； 最后研究计算结 果， 给出爆炸载荷下， 层合板 ‑空心球夹芯复合结构的变形模式。 3.根据权利要求1所述的一种爆炸冲击波在质量变化空心球夹芯复合结构中的传播分 析方法， 其特征是所述步骤2具体是， 利用LS ‑PREPOST导出Lagrange算法下， 层合板 ‑空心球 夹芯复合结构的应力变化， 再分析A LE算法下炸药作为流体的传播过程和路径， 结合两个结 果， 确定爆炸冲击波在具有不同质量的空心球夹芯复合结构中的传播与扩散规 律。 4.根据权利要求1 ‑3中任意一项权利要求所述的一种爆炸冲击波在质量变化空心球夹 芯复合结构中的传播分析方法， 其特征是所述步骤3具体是， 当爆炸载荷确定时， 借助数值 模拟， 研究冲击波的传播规律， 在选取合适的层合板材料和层合板几何尺寸的基础上， 通过 调控空心球的外径和 壁厚， 从而控制空心球的整体质量， 进而实现对复合结构在爆炸冲击 波作用下的防护能力的调控； 当上下层合板材料与尺寸固定时， 调整空心球夹芯层的质量， 进而有效控制复合结构的变形模式以及冲击波传播方式， 保证 被防护物的安全。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114896846 A 2爆炸冲击 波在质量变化空心 球夹芯复合 结构中的传播分析 方法 技术领域 [0001]本发明属于空心球夹芯复合结构的爆炸动力学响应， 尤其爆炸冲击波在具有不同 质量空心球复合结构中的传播分析 方法。 背景技术 [0002]三明治结构由面板 ‑夹芯层‑面板组成， 是一种常见的冲击防护结构。 泡沫结构、 蜂 窝结构、 点阵结构等具有较强缓冲吸能特性的轻质材料通常作为三明治 结构的夹芯层被应 用在航空航 天、 交通工业、 军事设施 等多个领域的冲击防护结构设计中。 其中金属空心球具 有均匀的内部结构和简单的制作工艺， 是一种应用广泛的泡沫材料。 该结构在拥有密度低、 比强度高、 比刚度高等优异性能的同时， 还能保持较轻的质量和较大 的吸能潜力。 因此， 在 军事爆炸防护领域得到 了较多的应用。 [0003]随着时代的发展和科技的进步， 军事武器和作战环境都发生了较大的变化。 战场 上爆炸发生速度之快、 破坏力之强对我方军事设备和作战人员的安全产生了严重的威胁。 掌握爆炸冲击波在防护结构 中的传播衰减规律， 能够有效降低装备 的战争损耗。 现有研究 发现， 金属空心球的吸能性能会受到质量的影响， 而外径和壁厚的大小是空心球质量控制 的关键。 所以， 研究如何自主调控空心球夹 芯复合结构的质量， 从而控制复合结构在爆 炸载 荷下的防护性能使其满足抗爆防护装甲轻质、 高效的要求， 对提高我军在中、 高烈度战争条 件下的防御能力、 战场生存力及突击能力具有重要的现实意 义。 发明内容 [0004]本发明的目的在于， 建立层合板 ‑空心球夹芯复合结构， 提供该结构在爆炸载荷下 整体和局部变形 的分析方法， 给出爆炸冲击波在 复合结构 中的传播和扩散路径， 对于已知 的爆炸环境， 通过设置适当的空心球质量， 使复合结构在受到爆炸载荷作用时， 发生最小的 变形， 对爆炸冲击波起到最大的衰减作用， 实现最优的防护性能。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供的技 术方案是： [0006]步骤1： 建立层合板 ‑空心球夹芯复合结构并分析其动力学响应的变形模式； [0007]步骤2： 引入爆炸冲击波在复合结构中传播和扩散的三个阶段； [0008]步骤3： 通过调节空心球质量， 控制层合板 ‑空心球夹芯复合结构的防护能力。 [0009]所述步骤1具体是， 首先根据现场爆炸环境确定防护结构的整体质量范围， 依据实 际工程需要， 给出上下层合板的具体尺寸； 其次进 行质量计算， 通过改变外径和壁 厚的大小 得到满足质量和尺 寸要求的空心球夹芯层， 利用ANSYS/LS ‑DYNA建立层合板 ‑空心球夹芯复 合结构以及 对应的空气和炸药模型， 同时进 行流固耦合计算； 最后研究计算结果， 给出爆 炸 载荷下， 层合板 ‑空心球夹芯复合结构的变形模式。 [0010]所述步骤2具体是， 利用LS ‑PREPOST导出Lagrange算法下， 层合板 ‑空心球夹芯复 合结构的应力变化， 再分析ALE算法下炸药作为流体的传播过程和路径， 结合两个结果， 确说　明　书 1/3 页 3 CN 114896846 A 3