Page 51 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 郭开岭，等： 铝蜂窝夹芯板入水冲击动态响应特性实验研究 第 1 期

of other structures in published papers. In addition, the deformation modes and permanent deflection characteristics of AHSPs
were analyzed, and the fitting formulas of the permanent deflection of the face sheets and the compression of the core were
proposed. Results show that the distribution of the water impact pressure on the front sheet of AHSPs is uneven. However,
within the range of drop heights studied, the peak value of the water impact pressure is approximately linear with the drop
height. Additionally, compared to the water entry of rigid plates, the peak value of the water impact pressure of AHSPs is
smaller. Compared with the mass equivalent aluminum plates, the peak value of the water impact pressure of AHSPs is much
smaller, while the pressure duration of AHSPs is longer. The deformation modes of the face sheets of AHSPs at different drop
heights are almost the same. Besides, with the increase of the drop height, the permanent deflections of the front and back faces
of AHSPs increase approximately in the form of a quadratic parabola with decreasing slope. Suffering from water entry impact
loadings, the permanent deflections of the back sheet of AHSPs are smaller than those of the equivalent aluminum plates,
indicating that the AHSPs have better impact resistance compared with the equivalent aluminum plates.
Keywords: honeycomb sandwich plate; water-entry impact experiment; water-entry load; deformation mode; permanent
deflection

结构入水冲击问题广泛存在于军事和民用领域，如船体结构入水冲击、无人潜航器投放、水上飞机
降落、海上救生艇抛落、跨介质航行器入水等，是船舶与海洋工程、航空航天等领域中的重点和难点问
题之一 [1-3] 。对于船体结构而言，船舶在恶劣海况中航行时，将不可避免地与波浪发生剧烈的相对冲击，
在短时间内产生巨大的冲击压力，从而对局部结构造成塑性大变形甚至损伤破坏，同时给整体结构的可
靠性和安全性带来严重威胁。开展入水冲击载荷作用下船体结构的动态响应研究，可以为结构抗冲击
防护设计、保证结构安全可靠性提供有价值的指导，因此，具有重要的工程意义。
船体结构的入水冲击主要发生在船体底部、舷侧外飘等位置。船底结构入水冲击可简化为几何形
状简单的平底结构入水冲击，大量学者对其入水冲击压力特性和结构响应机理进行了研究。Chuang [4-5]
自 1966 年便开展了系列刚性平板模型的自由落体冲击实验，并根据实验结果，提出了刚性平板模型入水
冲击压力峰值预测公式。Shin 等 [6] 通过平底结构的自由落体实验，研究了入水冲击载荷对该结构弹塑
性响应的影响。Talioua 等 [7] 通过改变封闭实验环境中的气压来改变气垫效应的强弱，探究了刚性平板
在入水冲击过程中，气垫效应强弱对其入水冲击压力的影响。Zhu 等 [8] 通过实验研究了平板入水冲击的
饱和冲量现象及结构响应特性，发现在给定的实验条件下，饱和现象均存在，且随着落体高度的增加，平
板的动态塑性响应更容易出现饱和现象。对于舷侧外飘入水冲击而言，一般可将其简化为楔形体结构
入水冲击问题，为了探究其载荷特性和结构响应机理，学者们开展了楔形体结构的入水冲击研究。早在
[9]
1929 年，von Karman 便基于动量守恒定律建立了可求解的二维楔形体垂向入水模型。然而，von Karman
忽略了楔形体入水时的水面抬升效应。随后，Wagner [10] 基于势流理论并考虑水流与平板间的相对冲击
速度，提高了求解入水冲击压力的计算精度。在此之后，陈小平等 [11] 对不同刚度的楔形体板架模型进行
了入水冲击实验研究和数值模拟。王明振等 [12] 以水陆两栖飞机的典型横截面为研究对象，开展了不同
落体高度和不同质量的楔形体入水冲击实验，通过测量楔形体入水过程中的压力，并记录自由液面的变
化情况，研究了不同实验条件下的自由液面变化、压力随时间的变化及局部压力分布。Zhu 等 [13] 和
Duan 等 [14] 开展了系列楔形体入水冲击实验，探究了冲击压力系数、持续时间、空间压力分布和幅值移
动速度等压力特性，结果表明：对于斜升角为 0°的平底入水冲击，冲击压力瞬时作用在结构上，没有移动
现象，接近均匀分布的脉冲载荷；当斜升角超过 0.2°时，冲击压力产生移动现象；当斜升角为 4°～45°
时，在冲击压力移动过程中，压力时程曲线的形状几乎不变。Park 等 [15] 分析了入水冲击现象的内部机
理，利用斜升角为 0°、3°、10°和 20°的不同刚度的楔形体开展入水冲击实验，对系列入水冲击实验得到的
冲击压力峰值、冲击压力持续时间、冲击压力系数和压力峰值移动速度进行了分析。骆寒冰等 [16] 通过
实验方法探究了铝制加筋板楔形体刚度的变化对入水冲击压力和水弹性效应的影响。
随着船舶朝着轻量化、高速化方向发展，夹芯结构作为一种轻质高强、弯曲刚度大、抗冲击性能好

011103-2