浅埋爆炸载荷冲击下，军用或民用车辆相对较薄的金属底盘易发生破坏。为了提高车辆的抗爆性能，可在其底盘下方安装不同的防护结构。实验室研究人员创新提出了一种用于提升车辆抗爆性能的三维点阵方管芯体三明治防护结构，并采用氩气保护焊接和激光焊接方法制备了三维点阵方管芯体三明治结构。首先，在浅埋爆炸载荷下，三明治结构上方放置一块用于模拟车辆底盘的基板，构成三明治-基板复合结构，用于研究三明治结构的防爆性能（图1）；其次，通过试验方法研究了浅埋爆炸载荷条件下三明治-基板复合结构的力学响应；然后，采用有限元方法数值模拟了三明治-基板复合结构的动态响应及其高效吸能的力学机理，并与试验结果进行了对比，吻合较好（图2）；最后，系统讨论了相关几何参数的影响，并针对三维点阵方管芯体进行了优化设计。结果表明，增加z管壁厚或宽度可以显著提高三明治结构的抗爆能力。该三明治结构不仅相对容易制造，而且也表现出优越的抗爆性能，从而为设计高性能、轻质、防地雷和简易爆炸装置的防护结构提供了一个潜在的设计方案。
图1.浅埋炸药爆炸过程示意图
图2.实验观察试样与有限元模拟结果的比较: (a) 前面板视图，(b) 截面视图，(c) 变形的钢基板
近日，该成果以“Dynamic response of ultralight all-metallic sandwich panel with 3D tube cellular core to shallow-buried explosives”为题发表在SCIENCE CHINA Technological Sciences上。文章的第一作者为卢天健教授博士生张杜江，卢天健教授及赵振宇副研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金等的支持。
