Page 100 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 张柱国，等： 泡沫铝夹芯结构抗鸟体冲击吸能机理及在飞机机头端框挡板中的应用 第 3 期

180 m/s）时的动态响应过程，并设定各应力云图为相同的应力范围。在鸟体撞击的初始阶段，三者均在
撞击点附近产生较大的应力；而随着撞击过程的进行到 2.0 ms 时，可以看出夹芯结构 B 的应力水平略低
于加筋板结构。由于有泡沫铝芯体的存在，使得夹芯结构 B 的上面板变形更加均匀。而夹芯结构 A 的
上面板产生了大量褶皱，更好地吸收了鸟体动能，结构利用率得到提升。

Stiffened
plates

Stress/Pa
5.500×10 8
5.133×10 8
4.767×10 8
4.400×10 8
4.033×10 8
3.667×10 8
Sandwich 3.300×10 8
structure A 2.933×10 8
2.567×10 8
2.200×10 8
1.833×10 8
1.467×10 8
1.100×10 8
7.333×10 8
3.667×10 7
0

Sandwich
structure B

t=0.5 ms t=1.0 ms t=1.5 ms t=2.0 ms
图 15 加筋板、夹芯结构 A 和夹芯结构 B 的应力响应云图
Fig. 15 Stress response contours of stiffened plates, sandwich structure A and sandwich structure B
3.2 吸能特性的差异
为考察不同挡板结构在鸟体撞击下的能量吸收机制，本文分别提取出相同质量和相同鸟体速度下

3 种结构的能量吸收随时间的变化曲线，如图 16 所示。在撞击结束时，加筋板结构、夹芯结构 A 和夹芯
结构 B 的总吸收能量分别为 4 689.55、6 826.58 和 9 552.51 J。对应单位质量的比吸能分别为 178.56、

262.86 和 785.57 J/kg。结果表明，无论是夹芯结构 A 还是 B，其吸能能力均明显优于传统加筋板结构，尤
其是夹芯结构 B，其单位质量吸能性能显著提升，表现出优越的轻量化抗冲击能力。从吸能机制角度分
析，加筋板结构主要通过金属材料的塑性变形来耗散能量；而夹芯结构则通过泡沫铝芯材的坍塌失效以
及上下面板的塑性褶皱变形共同作用来吸收动能。图 17 展示了泡沫铝在冲击过程中的压缩失效形貌。
相较于夹芯结构 A，夹芯结构 B 在泡沫铝芯体压缩以及面板塑性褶皱两方面的变形程度均更显著，且其
面板产生了更明显的褶皱形变，因此其能量吸收效率显著优于夹芯结构 A。在相同鸟体初始动能条件
下，能量主要通过两种方式被耗散：一部分被前端的结构系统（即被保护的端框）吸收，另一部分则通过
鸟体破碎后形成的高速碎片携带剩余动能而散失。对于传统加筋板结构而言，其能量耗散路径更集中
于传递给端框结构。从图 16 中可以观察到，夹芯结构 A 的上面板能量吸收曲线在达到峰值后出现了下
降，可能与其弹性形变产生回弹效应有关。相比之下，夹芯结构 B 中泡沫铝芯体的能量吸收显著高于夹

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