Page 93 - 《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

泡沫铝的工程应力-工程应变曲线。在数值仿真中，直接将泡沫铝的工程应力-应变曲线作为材料输入显
然是不可行的。由于泡沫铝在压缩过程中体积发生显著变化，难以直接获取其真实应力-应变关系，故本
文使用工程应力-体积应变曲线作为材料输入依据。同时，根据泡沫铝压缩过程中的变形特点，假设塑性
泊松比与工程应变呈线性关系。已知工程应变，根据 R-PH 模型计算得到工程应力，而体积应变通过如
下关系得到：

θ = (1−2ε c ν p ) ln(1−ε c ) (3)
ε 为压缩工程应变的绝对值。Zhang 等 [28] 通
c
式中： θ 为体积应变， ν p 为变形过程中塑性泊松比的平均值，
ρ r 成幂指数关系：
过试验发现 ν p 与泡沫铝的相对密度
ν p = 0.2ρ 0.51 (4)
r
本文泡沫铝的破坏准则采用最大塑性应变失效准则，最大值设置为 0.4 [29] 。黄苏南等 [30] 通过开展
Taylor-Hopkinson 冲击试验，发现了泡沫铝的应力-应变行为呈现明显的冲击速率敏感性。而本文并未考
虑其速率效应，所得优化设计结果是相对保守的。
1.4 模型验证
1.4.1 鸟体本构验证
为验证文献 [26] 中鸟体本构参数的准确性和有效性，本研究开展了鸟撞靶板试验。试验装置如图 1
所示，主要由储气罐、控制系统、测速系统、高速摄像系统等设备组成。试验过程中，鸟体装填于专用弹
托内，通过储气罐中高压气体释放产生的高速气流将其加速射出。鸟体的速度由储气罐中的气压来控
制，速度大小通过激光测速系统测量计算。试验全程使用高速摄像机记录鸟体飞行的动态过程，并配合
应变片等传感器实时采集撞击过程中的冲击响应数据。试验工装由槽钢构成，通过压板与螺栓固定于
地槽上，下夹具固连在工装上，可根据试验需求调节上下位置。靶板采用 500 mm×500 mm 的 2024-T3 铝
合金，四周各预留 5 个螺栓孔位，如图 2(a) 所示。靶板安装在下夹具之上，通过上夹具固定，上下夹具与
工装之间均采用螺栓连接。为获取撞击响应数据，在靶板背面粘贴应变片以采集应变信号。共粘贴
2 组、4 个应变片，分别记为应变片 1～4，应变片呈 90°夹角布置，距离撞击中心的径向距离依次为竖直
方向 100 mm、竖直方向 50 mm、水平方向 50 mm 和水平方向 100 mm，如图 2(b) 所示。试验中，鸟体撞击
靶板的初始速度为 135.39 m/s。

Air Laser
compressor velocimetry
Projection
control Sabot
arrester
Air
chamber Sandbag
Projectile
Target
Pressure
pot
Pressure
gage Oscillograph Trigger High-speed
camera
图 1 空气炮试验装置
Fig. 1 Air gun test device

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