波纹界面钛/钢复合板抗冲击行为研究

梁子睿; 任路泽; 曹勇; 王涛

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.014

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波纹界面钛/钢复合板抗冲击行为研究

·实验研究·测试技术· | 更新时间：2025-05-19

- 波纹界面钛/钢复合板抗冲击行为研究
- RESEARCH ON IMPACT RESISTANCE BEHAVIOR OF TITANIUM/STEEL COMPOSITE PLATES WITH THE RIPPLE INTERFACE
- 机械强度 2025年47卷第5期页码：119-130
- 作者机构：
  
  1.太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所，太原 030024
  2.太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心，太原 030024
  3.太原理工大学中澳联合研究中心，太原 030024
- 作者简介：
  
  梁子睿，男，2000年生，广西柳州人，硕士研究生；主要研究方向为金属复合板冲击动力学行为；E-mail：1480710562@qq.com。
  曹勇，男，1987年生，河南郸城人，副教授；主要研究方向为复合材料力学与装甲防护；E-mail：caoyong@tyut.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(12002286);山西省科技创新领军人才团队基金项目(202204051002006)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.014
  中图分类号： TG335.81
- 收稿日期：2024-02-29，
  
  修回日期：2024-04-09，
  
  纸质出版日期：2025-05-15
- 稿件说明：
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梁子睿，任路泽，曹勇，等. 波纹界面钛/钢复合板抗冲击行为研究［J］. 机械强度，2025，47（5）：119-130.

LIANG Zirui，REN Luze，CAO Yong，et al. Research on impact resistance behavior of titanium/steel composite plates with the ripple interface［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（5）：119-130.
梁子睿，任路泽，曹勇，等. 波纹界面钛/钢复合板抗冲击行为研究［J］. 机械强度，2025，47（5）：119-130. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.014.

LIANG Zirui，REN Luze，CAO Yong，et al. Research on impact resistance behavior of titanium/steel composite plates with the ripple interface［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（5）：119-130. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.05.014.

摘要

为了明晰在冲击载荷下钛/钢波纹复合板及界面的动态响应、损伤情况以及失效模式，使用空气炮对钛/钢波纹复合板开展小能量（53 J）冲击试验，在验证数值计算模型有效的基础上，开展了多种速度冲击复合板数值仿真，研究多种能量下复合板及其界面的冲击力学响应。结果表明，在小能量冲击条件下，波纹复合板正面出现塑性扩孔破坏，背板产生隆起且在隆起处有裂纹；波纹界面层结合紧密、整体下凹；将靶板沿冲击中心切开观察，截面没有出现裂纹、分层开裂等损伤，这与纤维增强复合材料层合板不同，当冲击表面出现目视勉强可见损伤后一般内部会有明显分层；在数值模拟中波纹复合板在冲击下的内聚力界面损伤区域少于平面界面复合板；小能量冲击时波纹板对子弹动能的吸收主要以整体变形吸能为主，波纹界面钛/钢复合板损伤较小；在多种能量冲击下波纹界面复合板相较于平面界面复合板界面结合更紧密，结构完整性更好，更不容易被破坏。

Abstract

In order to clarify the dynamic response

damage situation

and failure mode of titanium/steel corrugated composite plates and interfaces under impact loads

small energy (53 J） impact experiments were conducted on titanium/steel corrugated composite plates using a light air cannon. On the basis of verifying the effectiveness of the numerical calculation model

numerical simulations were conducted on composite plates under various velocities to study the impact mechanical response of composite plates and their interfaces under various energies. The results show that

under low energy impact conditions

the front of the corrugated composite plate shows plastic expansion damage

and the back plate has protrusions with cracks at the raised areas. The corrugated interface layer is tightly bonded and overall concave; cut the target plate along the impact center and observe that there are no cracks

delamination

or other damages on the cross-section. This is different from fiber reinforced composite laminates. There will generally be obvious delamination inside when there is barely visible damage on the impact surface. In numerical simulation

the cohesive force interface damage area of the corrugated composite plate under impact is less than that of the planar interface composite plate. When subjected to low energy impact

the absorption of bullet kinetic energy by the corrugated plate is mainly dominated by overall deformation energy absorption

and the damage to the titanium/steel composite plate at the corrugated interface is relatively small. Under various energy impacts

corrugated interface composite plates have tighter interface bonding

better structural integrity

and are less prone to damage compared to planar interface composite plates.

关键词

Keywords

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