桁架蜂窝式混凝土结构在爆炸作用下的动态力学性能及损伤评估

This project takes "truss-cellualr" composite structrue (TCCS) as the object of the research，which constitutes energy absorption layer, impact resistant bearing layer and tearing resistance layer. By using ballistic impact pendulum system, its dynamic response and failure mechanism under explosion load will be studied, and the damage level will be evaluated, so as to explore the influence degree of explore different reduced scale, layer type and layer thickness to the structure damage; By using finite element analysis software, the test result will be inspected, the quantitative relationship of size effect and dynamic response parameters under explosion load will be fitted, this project will put forward the damage degree evaluation standards for TCCS, so as to provide the reference for stress wave transfer theory under impact load and optimization of material thickness characteristic value in each layer, the project is aimed at provide the reference for building protective layer design and antiknock performance evaluation.

本项目以桁架蜂窝式复合防护层结构为研究对象，该结构由吸能缓冲层、抗冲击承力层和 抗撕裂韧性层三部分功能层组成，利用弹道冲击摆锤系统对其在爆炸荷载作用下的动力学响应与破坏机理进行研究，并对结构的破坏模式与破坏等级进行评估，以探索不同缩尺比例、结构层类型与分层厚度等变量对结构破坏的影响程度；利用有限元分析软件对试验结果进行检验并拟合出爆炸荷载作用下结构的尺寸效应与动力响应各参数的定量关系，提出桁架蜂窝式复合结 构层的损伤程度评估标准，为其冲击荷载作用下的应力波传递原理及各层材料厚度特征值的优 化提供依据，本项目旨在为建筑防护层设计与抗爆性能评估提供参考。

现行的钢板/混凝土复合防护结构是利用混凝土削弱爆炸能量，韧性钢板塑性变形吸收残余动能。但是混凝土与金属钢在密度、弹性模量及波阻抗等方面存在明显差异导致其受冲击时混凝土/钢板界面处产生反射拉伸波，造成抗拉强度较差的混凝土层裂剥离，极大地削弱了混凝土的抵御连续爆炸的能力。为解决爆炸下混凝土的层裂难题，本研究提出桁架蜂窝式混凝土防护结构并进行了相关研究：采用冲击试验研究纤维类型、体积掺量和冲击速度对混凝土材料动态力学性能与损伤特征的影响；结合有限元仿真分析结果，确定了爆炸冲击下桁架蜂窝式混凝土结构表面的爆炸载荷特征；完成不同类型混凝土芯蜂窝层在爆炸载荷下的有限元计算，对混凝土芯体与蜂窝壁类型、蜂窝几何参数等进行初步材料筛选与结构优化；对爆炸冲击下桁架蜂窝式混凝土结构的结构动力学特性和应力波传播特性进行仿真研究，阐明应力波在桁架蜂窝式混凝土结构中传播和弥散规律；采用冲击摆锤系统进行爆炸载荷作用下桁架蜂窝式混凝土缩尺结构的动力学响应试验，提出桁架蜂窝式混凝土结构基于弯曲破坏模式的超压-冲量损伤评估方法，为桁架蜂窝式混凝土结构在防护工程中的应用提供数据参考和理论依据。