TPMS结构抗侵彻性能数值研究

摘要

作为一种具有出色力学性能和多功能特性的结构，点阵结构有高强度、高能量吸收等特点，为了研究三周极小曲面(TPMS)结构的抗侵彻性能，基于该结构的可设计性，建立Diamond型和Gyroid型的点阵结构模型，选择碳化硅陶瓷作为TPMS结构基体材料，利用ABAQUS有限元软件研究其抗侵彻性能。研究结果表明：在低速侵彻下，Diamond结构吸收能量的效果显著，而Gyroid结构在撞击中产生的非对称力及弹头的磨蚀能有效改变侵彻角度。针对Gyroid结构，分别对不同弹着点、不同入射角度，以及提升靶板厚度等不同的工况进行了有限元仿真，通过仿真结果分析了入射角度变化对Gyroid结构抗侵彻性能的影响，发现其射出角度的偏转程度随着入射角度的增大，呈现先减小后增大的趋势。另外，当弹丸冲击Gyroid结构凹陷的螺旋曲面时，会明显改变弹丸的射出角度。将Gyroid结构的厚度提升50%后，发现弹丸的射出角度变化提升176.92%,靶板吸收的能量提升78.26%。Gyroid结构通过自身独特的曲面结构能够有效改变弹丸的运动姿态，研究结果对轻量化装甲设计有一定的参考意义。

关键词

三周极小曲面结构 / 陶瓷 / 抗侵彻性能 / 有限元模拟