一种仿生功能复合夹芯抗爆结构及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于抗爆结构相关技术领域，其公开了一种仿生功能复合夹芯抗爆结构及其制备方法与应用，所述抗爆结构包括依次相连接的前面板、功能复合芯层及后面板，所述功能复合芯层的材料包括具有抗破片侵彻载荷作用的仿生抗弹材料及具有抗爆炸冲击波载荷作用的仿生多胞材料。本发明专利技术将仿生多胞材料及仿生抗弹材料进行结合以形成复合功能夹芯层，使得对应的抗爆结构同时具有优异的能量吸收能力和抗破片侵彻能力，有效的防护爆炸冲击波和破片群联合作用载荷。作用载荷。作用载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生功能复合夹芯抗爆结构及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于抗爆结构相关
，更具体地，涉及一种仿生功能复合夹芯抗爆结构及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]反舰导弹战斗部爆炸会同时产生冲击波和破片群联合作用载荷，这种“协同”作用载荷相较于二者单一作用具备更强的杀伤力，对于舰船防护结构存在更大的威胁。
[0003]夹芯结构具有轻质、高比强度等特点，而以多胞材料作为芯层的夹芯结构可以通过胞元逐层压溃大量吸能，对于爆炸冲击波的防御效果十分显著，因此其在舰船防护领域具有广阔的应用前景。为不断提高夹芯结构的抗爆能力，相关学者对夹芯结构的芯层进行了大量创新设计。在中国专利技术专利CN109318542A和CN115195225A中分别公开了一种内凹混杂型、一种金字塔点阵型的夹芯结构，可以有效抵御爆炸冲击波载荷；近年来仿生学设计逐渐成为夹芯结构抗爆设计的一个焦点，仿生结构复杂的拓扑形式使得其在外载荷作用下表现出独特的变形失效模式和能量吸收特性，为夹芯结构的芯层创新设计提供了大量灵感。在中国专利技术专利CN114673747A中公开了一种分级层状墨鱼骨仿生夹芯结构，通过仿生学设计，进一步提高了夹芯结构抵御爆炸冲击波载荷的能力。然而，上述夹芯结构设计未考虑破片侵彻的防护，在受到冲击波和破片群联合作用时可能会因破片侵彻夹芯结构后面板造成的初始缺陷导致后面板发生更为严重的变形或撕裂破坏，这将严重削弱夹芯结构对于爆炸载荷的防护效果。
[0004]为使夹芯结构能够有效防御冲击波和破片群联合作用，相关学者通过设置抗弹层抵御破片侵彻载荷。在中国专利技术专利CN112606495A和CN108454194B中分别公开了一种仿生凸起
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负泊松比结构复合型抗爆结构、一种含UHMWPE纤维
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泡沫铝夹芯复合抗爆结构，这种设计可以有效提高夹芯结构对于冲击波和破片群联合作用的防护能力。但常规设计胞元材料的变形模式较为单一，能量吸收效率不足。
[0005]对夹芯结构芯层进行仿生学设计对于提高夹芯结构抗爆吸能能力具有潜在的提升效果，但目前鲜有基于仿生学原理进行冲击波和破片群联合作用抗爆防护复合夹芯结构的创新设计。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种仿生功能复合夹芯抗爆结构及其制备方法与应用，其将仿生多胞材料及仿生抗弹材料进行结合以形成复合功能夹芯层，使得对应的抗爆结构同时具有优异的能量吸收能力和抗破片侵彻能力，有效的防护爆炸冲击波和破片群联合作用载荷。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种仿生功能复合夹芯抗爆结构，所述抗爆结构包括依次相连接的前面板、功能复合芯层及后面板，所述功能复合芯层的材料包括具有抗破片侵彻载荷作用的仿生抗弹材料及具有抗爆炸冲击波载荷作用的仿生
多胞材料。
[0008]进一步地，所述功能复合芯层包括依次相连接的仿生抗弹材料层、连接层及仿生多胞材料层，且所述功能复合芯层相背的两面分别通过连接层连接于所述前面板及所述后面板；所述前面板为抗爆结构的迎爆面，所述后面板为抗爆结构的背爆面；所述仿生抗弹材料层连接于所述前面板，所述仿生多胞材料层连接于所述后面板。
[0009]进一步地，所述仿生抗弹材料层连接于所述前面板，所述仿生多胞材料层连接于所述后面板；所述连接层的材料包括丙烯酸粘合剂、瞬干胶、环氧胶、UV固化粘合剂、结构胶粘剂中的任一种。
[0010]进一步地，所述功能复合芯层是采用具有抗破片侵彻载荷作用的仿生抗弹材料及具有抗爆炸冲击波载荷作用的仿生多胞材料制备而成的单层结构。
[0011]进一步地，仿生抗弹材料和仿生多胞材料沿爆炸载荷作用方向交替排列。
[0012]进一步地，所述仿生抗弹材料的拓扑结构包括仿鱼鳞堆叠结构、仿龟壳背甲密质骨结构、仿昆虫外骨骼纤维螺旋结构；所述仿生多胞材料的拓扑结构包括内凹、直角、外凸蜂窝结构，仿骨骼设计的梯度泡沫结构、层级结构、三周期极小曲面结构。
[0013]进一步地，该仿生抗弹材料采用仿鱼鳞堆叠结构抗弹陶瓷材料；该仿生多胞材料采用仿生蜂窝多胞材料。
[0014]进一步地，该仿生抗弹材料采用周期螺旋高强纤维增强复合材料；该仿生多胞材料采用平滑连通的三周期极小曲面结构多孔材料。
[0015]本专利技术还提供了一种如上所述的仿生功能复合夹芯抗爆结构的制备方法。
[0016]本专利技术提供了一种如上所述的仿生功能复合夹芯抗爆结构在航空航天、车辆防撞或者舰船抗爆防护中的应用。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的仿生功能复合夹芯抗爆结构及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：
[0018]1.将仿生抗弹材料及仿生多胞材料组合在一起形成仿生功能复合夹芯抗爆结构，分别对战斗部爆炸所产生的爆炸冲击波和破片两种毁伤元进行更为高效的防护，显著提高了结构对冲击波与破片群联合作用载荷的防护效果。
[0019]2.仿生多胞材料具有丰富独特的拓扑形式，在外载荷作用下表现出独特的变形失效模式和能量吸收特性，选择具有稳定压溃模式和突出能量吸收效果的仿生多胞材料(蜂窝、梯度泡沫、层级结构、极小曲面等)，当夹芯结构受到爆炸冲击波载荷作用时，可通过仿生多胞材料胞元稳定的逐层压溃大量耗散能量，有效提高结构抗爆炸冲击波载荷的性能。
[0020]3.选择具有优异抗弹性能的仿生抗弹材料(仿鱼鳞片、层状骨、蟹钳、昆虫外骨骼等结构设计的纤维复合材料或陶瓷材料等)，当夹芯结构受到破片载荷侵彻作用时，仿生抗弹结构相较于常规抗弹材料可以有效改善局部侵彻能量的集中，优化结构内部裂缝扩展方向，有利于提高抗弹结构韧性和能量吸收能力，具有优越的弹道性能，可对破片载荷进行有效防护。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1提供的仿生蜂窝多胞材料和仿生鱼鳞堆叠结构抗弹陶瓷材料为芯层的仿生功能复合夹芯抗爆结构的示意图；
[0022]图2中的a、b对应图1中的仿生功能复合夹芯抗爆结构的A处仿生抗弹材料的结构图；
[0023]图3中的a、b、c对应图1中的仿生功能复合夹芯抗爆结构的B处仿生多胞材料的不同结构图；
[0024]图4是本专利技术实施例2提供的三周期极小曲面结构多孔材料和周期螺旋纤维增强复合材料为芯层的仿生功能复合夹芯抗爆结构示意图；
[0025]图5是中的a、b对应图4中的仿生功能复合夹芯抗爆结构的A处仿生抗弹材料的不同结构图；
[0026]图6是中的a、b、c、d对应图4中的仿生功能复合夹芯抗爆结构的B处仿生多胞材料的不同结构图。
[0027]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1
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前面板，2
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仿生抗弹材料层，3
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仿生多胞材料层，4
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后面板，5
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连接层。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生功能复合夹芯抗爆结构，其特征在于：所述抗爆结构包括依次相连接的前面板、功能复合芯层及后面板，所述功能复合芯层的材料包括具有抗破片侵彻载荷作用的仿生抗弹材料及具有抗爆炸冲击波载荷作用的仿生多胞材料。2.如权利要求1所述的仿生功能复合夹芯抗爆结构，其特征在于：所述功能复合芯层包括依次相连接的仿生抗弹材料层、连接层及仿生多胞材料层，且所述功能复合芯层相背的两面分别通过连接层连接于所述前面板及所述后面板；所述前面板为抗爆结构的迎爆面，所述后面板为抗爆结构的背爆面；所述仿生抗弹材料层连接于所述前面板，所述仿生多胞材料层连接于所述后面板。3.如权利要求2所述的仿生功能复合夹芯抗爆结构，其特征在于：所述仿生抗弹材料层连接于所述前面板，所述仿生多胞材料层连接于所述后面板；所述连接层的材料包括丙烯酸粘合剂、瞬干胶、环氧胶、UV固化粘合剂、结构胶粘剂中的任一种。4.如权利要求1所述的仿生功能复合夹芯抗爆结构，其特征在于：所述功能复合芯层是采用具有抗破片侵彻载荷作用的仿生抗弹材料及具有抗爆炸冲击波载荷作用的仿生多胞材料制备而成的单层结构。5.如权利要求1
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4任一项所述的仿生功能复...

【专利技术属性】
技术研发人员：张攀，莫岱辉，胡鹏程，王坤，刘均，程远胜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：