【摘 要】
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随着社会的不断发展和进步,人们普遍要求更高的安全保护,对装甲防护构件的力学性能尤为重视。现阶段由于防护结构的力学性能达不到要求而造成严重后果的例子并不鲜见,例如大坝遭受导弹侵彻打击导致溃坝,产生的洪水波破坏影响大坝下游生态环境、严重危及社会经济正常活动、影响下游地区人民生命财产安全。故研究抗冲击性能的提高显得尤为重要。多项研究表明自然界中的生物经过数亿年的进化,形成了人工材料不可比拟的精妙微结构和
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随着社会的不断发展和进步,人们普遍要求更高的安全保护,对装甲防护构件的力学性能尤为重视。现阶段由于防护结构的力学性能达不到要求而造成严重后果的例子并不鲜见,例如大坝遭受导弹侵彻打击导致溃坝,产生的洪水波破坏影响大坝下游生态环境、严重危及社会经济正常活动、影响下游地区人民生命财产安全。故研究抗冲击性能的提高显得尤为重要。多项研究表明自然界中的生物经过数亿年的进化,形成了人工材料不可比拟的精妙微结构和优异性能,例如:雀尾螳螂虾的钳子可以反复承受几千次超过700N的撞击力而不产生破损,生活在亚马逊流域的巨骨舌鱼,其鳞片可以抵御食人鱼的攻击等,经微观分析可知这些生物材料均为Bouligand结构,即周期性地将单轴纳米纤维层排列成螺旋状,其特点是质量轻、强度高,具有出色的抗冲击性能。故本课题从雀尾螳螂虾前脚捕肢的微结构中受到启发,设计了5～10层0°、15°、30°、45°、60°、75°及90°的螺旋结构圆形薄板模型,采用FDM 3D打印技术成型,开展了中速动态冲击实验(冲击速度为40m/s),并建立了基于薄板理论的中速动态冲击破坏理论预测模型,来探索旋转角度和铺层层数与微螺旋结构圆板的抗冲击性能之间的关系,验证仿生螺旋结构能够增强抗冲击性能,为提高各领域内防护装甲类结构的抗冲击性能提供参考。并可将此结构推广混凝土结构中,利用3D打印混凝土技术将螺旋状结构应用于混凝土结构的施工中,不仅能提高混凝土的抗冲击、抗侵彻性能,还对工程建设实现快速、经济、安全及环保的目标会有重大意义。
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