复合材料三明治结构板的电磁和冲击性能分析

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.09.020

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2016, Vol. 44 ›› Issue (9): 137-143.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.09.020

复合材料三明治结构板的电磁和冲击性能分析

白中浩¹ 何成¹朱峰^1,2

1．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙 410082;2． Bioengineering Center，Wayne State University，Detroit，MI 48201，USA

收稿日期:2015-10-22 修回日期:2016-03-28 出版日期:2016-09-25 发布日期:2016-08-21
通信作者: 白中浩( 1978-) ，男，博士，副教授，主要从事汽车安全研究． E-mail:baizhonghao@163.com
作者简介:白中浩( 1978-) ，男，博士，副教授，主要从事汽车安全研究．
基金资助:
国家自然科学基金资助项目( 51475153)

Analysis of Electromagnetic and Shock Wave Mitigation Capability of a Novel Sandwich Plate with Composites

BAI Zhong-hao¹ HE Cheng¹ZHU Feng^1,2

1.State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body,Hunan University,Changsha 410082,Hunan,China; 2.Bioengineering Center,Wayne State University,Detroit,MI 48201,USA

Received:2015-10-22 Revised:2016-03-28 Online:2016-09-25 Published:2016-08-21
Contact: 白中浩( 1978-) ，男，博士，副教授，主要从事汽车安全研究． E-mail:baizhonghao@163.com
About author:白中浩( 1978-) ，男，博士，副教授，主要从事汽车安全研究．
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China( 51475153)

摘要/Abstract

摘要： 为开发兼有反雷达侦察及减缓冲击波对乘员伤害能力的新型装甲板，设计了一种上面板、核层和下面板分别为玻璃纤维复合材料、聚氨酯/多壁碳纳米管复合材料功能梯度泡沫和碳纤维复合材料的全新三明治结构，该结构既能吸收电磁波又能阻隔冲击波的传递; 建立了该结构的电磁波反射和冲击波透射理论模型，考察泡沫核层梯度模式和层厚对电磁波反射系数和冲击波透射系数的影响，并采用NSGA-Ⅱ算法对装甲板结构参数进行多目标优化．结果表明，优化后该结构的电磁波反射系数降低了94． 58%，冲击波透射系数降低了4． 35%，说明其具有良好的电磁波吸收能力和冲击波阻隔能力．

关键词: 电磁波, 冲击波, 聚氨酯, 多壁碳纳米管, 功能梯度材料, 三明治结构, 多目标优化

Abstract: In order to develop a novel vehicular armor plate against radar surveillance systems and blast attack harming occupants,by adopting the glass fiber composite,the functionally-graded polyurethane foams filled with multiwalled carbon nanotubes ( MWCNT) and the carbon fiber composite to respectively make the top surface,the core and the back surface,a novel sandwich plate is designed,which can absorb electromagnetic ( EM) waves and attenuate the shock wave transmission.Then,the analytical models of the EM reflection and the shock wave transmission are developed for the novel structure,and the effects of the gradient pattern and thickness of each dielectric layer on the EM reflection coefficient and the shock wave transmission coefficient are investigated.Moreover,the NSGA-Ⅱ algorithm is used to conduct a multi-objective optimization of structure parameters of armor plate.The results show that,after the optimization,the electromagnetic wave reflection coefficient and shock wave transmission coefficient of the novel structure decrease respectively by 94.58% and 4.35%,which means that the EM absorbing ability and shock wave attenuation ability of the novel structure are both excellent.

Key words: electromagnetic waves, shock waves, polyurethane, multi-walled carbon nanotubes, functionallygraded materials, sandwich structure, multi-objective optimization

白中浩何成朱峰. 复合材料三明治结构板的电磁和冲击性能分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2016, 44(9): 137-143.

BAI Zhong-hao HE Cheng ZHU Feng. Analysis of Electromagnetic and Shock Wave Mitigation Capability of a Novel Sandwich Plate with Composites[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2016, 44(9): 137-143.

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复合材料三明治结构板的电磁和冲击性能分析

Analysis of Electromagnetic and Shock Wave Mitigation Capability of a Novel Sandwich Plate with Composites

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