落锤冲击下充液半球壳的动力学响应与能量吸收研究

"落锤冲击作用下充液半球壳的实验和数值分析 (2014年) - 工程技术 论文" 本文详细探讨了不锈钢半球形薄壳在落锤冲击下的动力学响应，主要关注了单层内空、单层充液和双层充液三种结构的壳体在冲击荷载下的行为。作者运用数值仿真方法对这些结构进行了模拟，并通过实验结果进行对比，以验证模拟的准确性。 首先，研究发现单层内空的半球壳在冲击下会出现镜面反射式的下凹变形，这种变形特征在冲击结束后没有显著的回弹现象，同时壳体的横截面并未发生扩展。这意味着内空壳体在吸收冲击能量时，其结构变形主要集中在局部，可能对内部空间造成较大压缩，不利于保护内部物体。 其次，对于单层充液的半球壳，内部液体的存在改变了结构的响应。冲击过程中，反射下凹边缘产生了较大的过渡区，且在“棱区”边缘伴随有向外的扩展。如果冲击能量足够大，冲头甚至可以“熨平”这个区域，导致冲击结束后有明显的回弹。这种现象表明，内部液体的动态效应能够缓冲冲击力，改善结构的变形模式。 最后，双层充液的半球壳在保持较小变形的同时，能吸收大量冲击能量，而且能在内壳形成一定的防护空间。这使得双层结构在能量吸收与结构完整性之间找到了一个平衡，较单层结构更适应于防护需求。 综上，充液半球壳在冲击吸收和结构变形方面展现出独特的性能。单层内空壳体虽然吸能效果好，但可能导致较大的顶点位移，压缩内部空间。相比之下，单层充液壳体的吸能和变形特性与双层壳的外壳相似，但双层壳在保持较小变形的同时提供了更好的能量吸收和防护效果。这些发现对于设计抗冲击结构，尤其是需要保护内部物体的场景，如航空航天或防弹装备等领域，具有重要的理论指导意义和实际应用价值。