Page 52 - 《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

的新型结构形式，在船舶与海洋工程领域得到了广泛关注 [17-18] ，夹芯结构的入水冲击动态响应问题是当
前的研究热点之一。针对夹芯板的入水冲击研究，Das 等 [19] 采用任意拉格朗日-欧拉（arbitrary Lagrangian-
Eulerian，ALE）方法，对刚性和柔性船体底板的入水冲击过程进行了数值模拟，探究了复合材料夹芯板的
分层现象。Xie 等 [20] 通过数值模拟与入水冲击实验相结合的方法，研究了复合材料夹芯结构的入水冲击
响应，并分析了水弹性对结构入水冲击压力和应力响应的影响。Hassoon 等 [21] 采用实验和数值模拟方
法，从入水速度、入水角度、结构刚度等方面，探究了复合材料夹芯板的入水冲击压力特性、动态变形和
结构失效损伤问题，发现当冲击速度升高时，结构变形和入水冲击压力也随之增大，射流现象变得非常
明显，且随着速度的升高，刚性更大的面板具有更高的峰值力，最大挠度的位置向面板中心外侧偏移。
上述研究均针对复合材料夹芯结构，而对于金属夹芯结构的入水冲击问题的报道较少。赵飞等 [22] 采用
ALE 方法建立了金字塔点阵夹芯板的入水冲击数值模型，分析了该结构在不同入水速度下的冲击压力
和结构响应特性，发现入水速度较高时，夹芯板上面板的最大变形小于实体平板，同时芯层相对密度对
夹芯板的入水冲击压力峰值和最终挠度有较大影响。He 等 [23] 基于耦合欧拉-拉格朗日（coupled Eulerian-
Lagrangian，CEL）方法建立了金属波纹夹芯板的入水冲击有限元模型，通过监测水动力、变形和压力，研
究了金属波纹夹芯板在不同入水速度和斜升角下的载荷特性、结构损伤模式和失效机理。Wang 等 [24]
研究了激光焊接金属波纹夹芯板在入水冲击作用下的动态响应，通过开展不同速度下的入水冲击实验，
分析了波纹夹芯板的入水冲击压力和加速度，结果表明，波纹夹芯板的入水冲击压力分布不均匀。
综上所述，当前已有大量学者针对船舶与海洋工程结构的入水冲击动态响应特性开展了系列深入
的研究，并获得了很多有意义的结论。然而，当前研究对象主要集中在单板和加筋板等简单结构形式，
以及复合材料夹芯结构等新型结构形式，对以点阵、波纹为芯层的金属夹芯结构形式也开展了一定研
究。而蜂窝夹芯板（aluminum honeycomb sandwich plates，AHSPs）作为一种典型的、轻质高强的金属夹芯
结构，其在入水冲击载荷作用下的结构响应特性尚不明确，阻碍了蜂窝金属夹芯结构在船舶与海洋工程
结构冲击防护领域中的应用。因此，本文中拟开展蜂窝夹芯板入水冲击响应实验研究，探究其入水冲击
载荷特性及结构响应机理，以期为促进蜂窝夹芯板在船体结构抗冲击方面的应用提供理论依据。

1 实验装置及流程

1.1 入水冲击实验
采用自行设计的入水冲击实验装置开展实
验，该实验装置主体结构为铝合金桁架，装置位 Electromagnet
于水池中间区域。入水冲击实验水池长 35.2 m、
Clump weight
宽 3.8 m、水深 1.0 m，在入水冲击过程中可以避
Transverse
免池壁效应对入水冲击载荷的影响。 stiffener
整套实验装置由电磁铁、竖直导轨、配重 Angle
块、角度调节螺栓、入水冲击箱体、弹簧缓冲器 adjustment
bolt
以及支撑架组成，如图 1 所示。实验时，利用电
Drop model
磁铁将安装有蜂窝夹芯板的箱体提升至预设高
度，4 根垂直光滑导轨可保证蜂窝夹芯板沿竖直 Guide rails
方向下落。实验所用箱体结构如图 2 所示，该箱
Spring buffer
体共有 2 个实验区域，两侧试样相同，为了测量
Frame
入水冲击压力，左边试样安装有压力传感器。首 structures
先，在蜂窝夹芯板的前面板上开孔；然后，安装轻
质的铝合金传感器基座，且传感器基座的材料与
图 1 入水冲击实验装置
蜂窝夹芯板面板材料相同；最后，通过螺纹拧紧
Fig. 1 Water-entry impact experimental device

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