随着战场上载荷烈度的增加以及作战方式的变化,作战装置在战场环境下会发生严重的变形和破坏,威胁军队战斗力以及作战人员的安全。为了提高装置的抗爆性能,对三明治结构优化设计的研究成为爆炸防护领域中需要关注的热点问题之一。作为一种新型材料,碳纤维金属层合板在爆炸防护领域中具有广泛的应用前景。然而结构在爆炸载荷作用下,爆炸冲击波在结构中的传播是敏感于面板的叠层结构以及夹芯的几何构型的。如何合理地进行纤维金属层合板的叠层结构以及夹芯微结构的设计还有待于进一步深入探讨,而这对于纤维金属层合板夹芯结构抗爆性能的设计是至关重要的因素之一。本论文以碳纤维金属层合板三明治结构为研究对象,对比研究了等质量蜂窝夹芯和金属空心球夹芯三明治结构在爆炸载荷下的抗爆机理,讨论了蜂窝夹芯层高度、空心球夹芯层壁厚以及面板材料对三明治结构抗爆性能的影响。本论文的主要研究工作如下:1、基于量纲分析理论,考虑金属空心球力学和几何参数,建立了在冲击载荷作用下金属空心球平台应力的显式计算公式。考虑理想弹塑性和双线性弹塑性金属空心球,根据Π定理得到了空心球平台应力与材料及几何参数之间的数学表达式,验证表明基于量纲分析得到的平台应力计算公式能够准确评估冲击载荷下理想弹塑性空心球和双线性弹塑性空心球的平台应力,特别是对于双线性弹塑性空心球,此时基于刚塑性的经典的Reid公式已经失效。2、研究了碳纤维金属层合板三明治结构的抗爆性能,讨论了夹芯层壁厚、高度以及面板材料对碳纤维金属层合板三明治结构抗爆性能的影响,确定了每种夹芯复合结构的爆炸极限载荷。研究结果表明,等质量情况下,和蜂窝夹芯结构相比,金属空心球夹芯结构表现出更好的爆炸冲击波耗散能力,且芯材层数的增加更有利于层间爆炸冲击波从爆炸中心区向周围结构扩散,进而提高了结构的抗爆能力。夹芯层高度和厚径比不同的碳纤维金属层合板三明治结构的局部变形模式存在差异,随着面板韧性的增加,其抗爆性能显著提高。