气凝胶在防爆减震方面的应用是气凝胶新材料研究中的一个重大突破,实验表明陕西盟创纳米新材料股份有限公司生产的气凝胶波阻梯度材料板具有很好的防爆减震功能,8公斤TNT距离装甲底部450mm,使用气凝胶波阻梯度材料对装甲实施防护。装甲未穿透,焊接部位无明显撕裂,变形量与无防护材料相比减小了14%。爆炸在车体产生的加速度为98g,经过气凝胶波阻梯度板衰减后达到30.10g,相当于加速度衰减了69.29%,而作用时间增加了1.32ms。这一实验结果奠定了气凝胶在防爆减震方面应用的实验基础。
为何这种与钢铁相比看似脆弱的材料却有着防爆减震的功能,本文试图对这一实验结果做出定性解释,玻璃纤维和碳纤维增强的气凝胶波阻梯度材料属于多孔材料, 其显著特征在于内部存在大量孔隙, 在冲击波作用下材料首先被压缩致密。泡沫材料变形一般经历三个阶段: 弹性段、屈服段、压实段。首先孔壁发生弹性变形, 部分冲击能量转变为弹性能, 同时气隙被绝热压缩并吸收部分能量; 继而孔壁发生塑性塌缩或脆性破碎, 将部分冲击能量转变为塑性能, 气隙绝热压缩过程基本结束, 随后被逐渐压实直至接近密实材料。一旦多孔材料被完全致密, 冲击波在其中的传播行为与相应密实材料基本相同。这时气凝胶胶体粒子高速碰撞, 胶体粒子之间的碰撞力增大, 也导致气凝胶结构破坏。 孔壁受到的横向张应力升高和胶体粒子之间高速碰撞共同作用, 导致气凝胶在动态压缩过程中出现“粉碎”的现象,表明冲击波在多孔材料中的传播衰减效应很大程度上取决于致密过程各阶段所吸收或耗散的能量。
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