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《湖南大学》 2016年
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复合材料三明治结构装甲板的电磁和冲击性能研究

何成  
【摘要】:在战争中,装甲车在运送步兵机动作战、运输物资或补给品等方面发挥非常重要的作用。随着电子探测技术的发展,反隐身技术得到迅猛的发展,装甲车的隐身能力也得到了一定的提高。炸弹爆炸产生的冲击波对人体引起的严重危害也得到了人们的足够认识,但装甲车的隔爆能力有待提升。为了更好地保护装甲车和乘员,有必要研究既能反雷达侦察又能阻隔冲击波的装甲板。本文用麦克斯韦方程组详细介绍了电场与磁场、场与场以及场与媒质间的相互关系,推导了电磁波垂直入射单层介质和多层介质时的反射和折射特性,并分析了电磁波对分界面的斜入射问题。同时,探讨了传统吸波材料和新型吸波材料的电磁波损耗机理。分析了三明治结构的结构形式,通过对比单层结构和三明治结构的弯曲刚度分析了三明治结构具有更好的抵抗弯曲变形的能力。根据能量守恒和动量守恒定律推导了冲击波在三明治结构中的传播特性基于电磁波和冲击波的理论分析和推导,建立了三明治结构装甲板的解析模型,设计了一种能较好吸收电磁波和同时能很好阻隔冲击波的全新三明治结构轻量化多功能装甲板,其夹芯层采用多壁碳纳米管质量比重为5%的聚氨酯功能梯度泡沫材料。依据解析模型,参数化研究了密度梯度升序、密度梯度降序和密度均匀泡沫等三种情况下泡沫密度梯度系数和各层厚度对三明治结构的电磁波反射系数和冲击波透射系数的影响。通过ISIGHT开放的软件接口集成MATLAB优化程序,采用非支配遗传算法NSGA-II作为优化策略对装甲板进行优化。优化后的装甲板模型的电磁波反射系数降低了94.58%,冲击波的透射系数降低了4.35%,兼具有良好的电磁波吸收能力和冲击波阻隔能力最后,通过有限元仿真软件COMSOL MULTIPHYSICS建立同轴空气线装夹电磁波吸收体的仿真模型,并用实验结果验证了有限元模型的有效性。并采用有限元仿真分析了三明治结构对电磁波的吸收机理,其结果与理论分析一致,说明多壁碳纳米管对电磁波吸收有促进作用。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TJ810.3

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