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爆炸对周围物体产生的作用可看成一种强动力瞬时荷载,虽然只是一种偶然荷载,但一旦发生爆炸,必将对临近建筑产生比较严重的后果,如何采用有效的工程防护技术措施,避免爆炸冲击作用带来的严重危害,成为当前土木工程防灾领域研究的热点之一。传统工程结构抗爆抗冲击多采用提高混凝土强度、增大结构构件尺寸以及提高工程结构抗力等手段,近年来,以泡沫铝为代表的轻质吸能材料得到迅速发展,凭借其优异的力学性能和能量吸收特性,成为抗爆结构的辅助材料而备受关注。本文针对一种高性能的铝基复合泡沫材料,将其与薄壁金属管材结合,制备成泡沫金属填充或夹芯圆管结构,用于多种抗爆抗冲击应用领域。首先,以三种具有不同空心球粒径(150μm、200μm和300μm)的铝基复合泡沫为研究对象,试验研究其在准静态轴心压缩作用下的力学和吸能性能;然后,将铝基复合泡沫与薄壁铝管结合在一起,制成铝基复合泡沫填充铝管结构,利用万能材料试验机进行单轴压缩性能试验,考察其变形失效与破坏形态;最后,利用非线性显示动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对铝基复合泡沫夹芯圆柱壳进行爆炸作用下的数值模拟,分析夹芯圆柱壳的抗爆性能。具体研究内容如下:(1)使用万能试验机对铝基复合泡沫材料试件进行了准静态压缩性能试验,研究具有不同粉煤灰空心微球粒径的铝基复合泡沫材料的变形失效模式,获得材料试件的应力应变曲线,并分析了其力学及吸能性能,试验表明,随着空心球粒径的增大,材料的压缩屈服强度及吸能能力降低。采用最小二乘法拟合得到铝基复合泡沫在准静态荷载作用下的本构方程。(2)利用万能试验机对铝基复合泡沫填充铝管进行了轴向准静态压缩性能试验,对比分析了不同填充铝管试件的变形失效模式,研究了各参数对填充铝管力学性能及吸能性能的影响,引入了一个新的力学性能指标——压缩荷载效率AE。试验表明,铝基复合泡沫的填充,大大提高了填充铝管的力学及吸能性能。(3)利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下铝基复合泡沫夹芯圆柱壳动力性能进行了数值仿真计算,分析了芯层厚度、内外壳厚度等参数对铝基复合泡沫夹芯圆柱壳动力响应及吸能性能的影响。通过分析发现,各参数对铝基复合泡沫夹芯圆柱壳的吸能性能和抵抗变形能力之间的影响存在一定矛盾性,在实际应用中应综合考虑,根据实际需求确定主要参数,进行结构优化设计。