冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

程远胜， 谢杰克， 李哲， 刘均， 张攀

(华中科技大学 船舶与海洋工程学院， 湖北 武汉 430074)

0 引言

战斗部爆炸产生的爆炸冲击波和破片群是舰船毁伤的主要来源，也是舰船新型防护结构设计中不可忽视的重要因素。在实际爆炸环境下，冲击波和高速破片群对防护结构产生的联合毁伤完全不同于二者单独作用于结构的毁伤效应。联合毁伤的破坏效果并不是二者单独作用效果的简单叠加，而是具有更为复杂的耦合效应，存在着特殊的破坏机理和作用规律[1]。因此，联合作用下防护结构的设计已逐渐成为舰船防护领域研究的热点之一[2]。

联合作用载荷等效方法主要有两种：一是假设破片先于冲击波到达靶板而形成破口，通过预先在结构上开孔的方式，将破片和冲击波解耦进行研究。例如：金乾坤[3]事先在圆柱靶周向打孔，通过调整打孔数量来观察破孔密度对圆柱靶毁伤的影响；姚志敏等[4]采用预制沟槽的方式，既简化了模型又弥补了以往只以穿孔等效破片毁伤效果的不足，增强了模型的通用性。二是由带壳炸药爆炸或底部粘有预制破片的炸药爆炸直接产生联合作用载荷。由于通过预先开孔来替代破片群作用的简化方法不具有代表性[5]。这种方法很难对空间分布未知的高速破片进行预先判断，也无法考虑高速破片群和爆炸冲击波的耦合作用。所以，采用爆炸物爆炸直接产生冲击波和破片的加载方式，能够更为真实地模拟联合作用载荷。

关于结构在冲击波与破片联合作用下的毁伤响应，国内外学者也开展了一系列研究[6-8]。安振涛等[9]理论推导了常规弹药爆炸破片和冲击波作用规律。陈长海等[10-11]则建立了冲击波与破片先后作用临界爆距以及冲击波与破片耦合作用区间的理论计算模型。杨曙光[12]开展了常规武器爆炸时破片与冲击波联合作用的破坏机理实验和数值模拟研究，得到了破片与冲击波不同复合方式下的结构破坏规律。梁为民等[13]采用实验途径，研究了结构内爆炸破片与冲击波运动规律，并且较为精确地给出了两种典型破片的飞行速度衰减规律。侯海量等[14]分别采用缩比导弹带壳战斗部和裸装炸药，进行了舱内爆炸下典型舱室缩比结构模型变形及破坏模式实验，分析了联合作用载荷对结构破坏模式的影响。段新峰等[15]采用在TNT炸药底部布置预制破片，进行了Ⅰ型夹层板联合作用仿真，分析了在冲击波单独作用以及在冲击波和破片联合作用下Ⅰ型夹层板不同的失效模式。李茂等[16]通过预制破片的方法对聚脲涂覆复合装甲结构在空爆冲击波与破片群联合作用下毁伤特性进行了实验研究。田力等[17-18]分别对Ⅰ-Ⅴ型夹芯板、H型钢柱在近距离爆炸冲击波和预制破片作用下的抗毁伤性能进行了研究，分析了炸药比例距离、炸药起爆位置对结构防护效果的影响。蔡林刚等[19]开展了在空中爆炸冲击波与高速破片联合作用下泡沫铝板的动态响应与毁伤实验，分析了不同爆炸距离对泡沫铝靶板穿孔分布特性、芯层毁伤特点、背板毁伤形态的影响。邱晓清等[20]对超高分子量聚乙烯层合板在爆炸冲击波和破片侵彻联合载荷作用下的破坏及响应进行了数值仿真计算，分析了爆炸距离、载荷形式和靶板厚度等因素对靶板变形破坏的影响。李茂等[21]提出了采用等效缩比战斗部来模拟破片杀伤战斗部，可用于进行空爆冲击波与高速破片群对防护结构的联合毁伤作用的实验方法。

从以上的文献调研可以发现，现阶段对联合作用的研究一部分集中于传统金属材料结构设计，例如：Ⅰ型夹层板、Ⅴ型夹芯板。也有部分学者研究就如何充分发挥各种装甲材料的优点，设计了综合性能优异的复合装甲结构，例如聚脲涂覆复合装甲结构。高强聚乙烯纤维的高弹性模量，使其具有良好的抗破片侵彻性能，可以化点载荷为面载荷。泡沫铝由于其高的孔隙率，能够在较低的应力水平下维持足够长的密实化应变，在缓冲吸能方面具有良好的表现。目前，对二者组合而成的夹芯复合结构的抗冲击波和破片群联合作用相关研究非常少。因此，本文将高强聚乙烯与泡沫铝组合成夹芯复合结构，对典型工况进行了实验，并采用有限元软件LS-DYNA对冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构的毁伤响应开展数值研究，从毁伤响应过程、特征点速度与加速度响应以及能量吸收特性等角度，对冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应过程进行详细的分析和讨论。

1 数值仿真

1.1 几何描述

图1所示为高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构的示意图。该复合结构由上下两块面板和复合芯层组合而成，面板材料为304不锈钢，芯层为高强聚乙烯层合板和泡沫铝板。面内尺寸为452 mm×440 mm，中心300 mm×288 mm的区域为联合作用载荷受载区域，其余区域为边界固定区域。为了方便描述，将芯层按照从上面板到下面板的顺序依次称为上芯层和下芯层，上芯层厚度为δu，下芯层厚度为δd，上、下面板厚度分别为δf和δb.夹芯复合结构基本参数的具体取值为：δf=1.45 mm，δb=1.45 mm，δu=20 mm，δd=10 mm.

图1 高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构几何示意图Fig.1 Geometry diagram of UHMWPE and aluminum foam composite sandwich panel

炸药为圆柱形TNT炸药，当量为80 g，直径为40 mm，爆距定为80 mm(炸药底面距离夹芯复合结构上表面的垂直距离)。圆柱炸药底面贴有52个尺寸为5 mm×5 mm×2 mm的预制破片用以模拟冲击波与破片群联合作用载荷，相关尺寸参数如图2所示。考虑到炸药距离靶板较近，爆炸载荷毁伤效应比较局部，本文只建立夹芯复合结构中心区域的空气域，具体尺寸为140 mm×140 mm×200 mm.

图2 高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构尺寸参数示意图Fig.2 Diagram of dimensional parameters of UHMWPE and aluminum foam composite sandwich panel

1.2 网格划分

根据结构和载荷的对称性，本文只建立了1/4有限元计算模型，如图3所示。夹芯复合结构面板厚度相较于夹芯复合结构整体的尺寸而言较薄，因此本文采用Belytschko-Tsay壳单元对其进行描述。芯层和破片均采用Lagrange体单元。炸药和空气域则采用多物质欧拉(ALE)单元。

为了在不损失计算精度条件下节约计算资源，采用过渡网格划分方式，对结构的中心区域(面内尺寸为70 mm×70 mm)进行了局部网格细化，网格尺寸为1 mm，边缘逐渐过渡到5 mm.炸药和空气域则采用均匀网格划分，单元大小为1.5 mm.预制破片采用的网格划分策略是参考文献[15]的做法，将破片沿厚度方向划分3份、沿长度和宽度方向划分为6份。此外，为了监测下面板中心、上面板中心以及中心破片的速度和加速度响应，本文选择对应位置附近的节点作为历史变量的输出点，对应为图3中的A、B、C等3点。

图3 高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构有限元模型(1/4模型)Fig.3 Finite element model of UHMWPE/aluminum foam composite sandwich panel (1/4 model)

1.3 材料模型

本文所涉及到的材料一共有6种，分别是304不锈钢、泡沫铝、高强聚乙烯、钨合金、空气和TNT炸药等。夹芯复合结构面板材料为304不锈钢，数值仿真中采用JOHNSON-COOK材料模型、Grüneisen状态方程和等效塑性应变失效准则来描述，具体参数见文献[22]。泡沫铝采用MAT_CRUSHABLE_FOAM材料模型，应力与应变曲线通过准静态压缩实验得到，如图4所示。为了防止泡沫材料的网格畸变带来的计算终止，本文通过添加关键字(*MAT_ADD_EROSION)设置应变失效保证网格在畸变时会被删除，失效应变取为0.8，具体参数见文献[23]。高强聚乙烯是纤维增强复合材料，采用MAT_COMPOSITE_DAMAGE材料模型描述、Chang-Chang失效准则定义材料损伤，具体参数见文献[23-24]。预制破片由YG15硬质合金线切割而成，采用双线性弹塑性本构模型MAT_PLASTIC_KINEMATIC，其应变率效应由Cowper-Symonds模型描述，YG15硬质合金密度按照实际情况设为14 500 kg/m3，屈服应力为1.35 GPa，弹性模量为357 GPa，泊松比为0.303，失效模型采用的是最大等效塑性应变失效准则，具体失效应变值为1.51，具体参数见文献[25-26]。空气采用LS-DYNA材料库中自带的MAT_NULL材料模型，并配合状态方程EOS_LINEAR_POLYNOMAL来描述，具体参数见文献[27]。TNT炸药通过MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型和JWL状态方程来描述，仿真中通过设置关键字(*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY)来进行填充，并采用单点起爆方式进行引爆，起爆点位于药柱顶面中心，具体参数见文献[28]。

图4 泡沫铝应力与应变曲线Fig.4 Stress-strain curve of aluminum foam

1.4 边界条件和流体与固体耦合及接触设置

为了与实验条件保持一致，夹芯复合结构面板和芯层为四边固支边界条件。由于联合作用实验在开阔的室外进行，不需要考虑爆炸冲击波的反射效应，故可对局部空气域的外表面施加无反射边界条件，用以模拟无限空气域。为了模拟破片在爆炸冲击波作用下的加速过程以及夹芯复合结构在冲击波与破片群联合作用下的毁伤响应，采用基于罚函数法的流体与固体(简称流固)耦合算法，通过关键字*CONSTRAIN_LAGRANGE_IN_SOLID来定义破片、夹芯复合结构与空气、炸药之间的流固耦合作用。破片与夹芯复合板结构之间以及破片与结构自身的接触均采用基于罚函数法的侵蚀接触(通过关键字*CONTACT_ERODING_SINGLE_SURFACE定义)。这种接触算法可在表面单元失效删除后，继续考虑剩余单元的接触，适合用于模拟破片侵彻的问题。在实验中，不同材料的芯层之间、芯层与面板之间未进行任何粘接，仅通过夹具约束在一起，因此，在仿真时它们之间的接触设置为自动面面接触。另外，本文中所使用的高强聚乙烯层合板采用方向为0°与90°的交替铺层，参考文献[25]的仿真方法，对高强聚乙烯芯层进行分层建模。通过在分层之间定义关键字*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE_TIEBREAK来考虑层间的接触关系，层间分层失效是通过设置最大失效正应力以及最大失效剪应力来实现。

2 数值仿真结果分析

2.1 数值模型验证

为了验证本文提出的联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应数值模型的准确性，将数值仿真结果与联合作用爆炸实验结果进行了对比。图5给出了上面板破坏容貌对比结果，从中可以看出，实验结果和数值仿真结果中上面板的破孔数基本吻合。但实验中上面板的破孔分布范围较数值仿真相对更为集中，这主要是由于相比实验而言，数值仿真的冲击波压力衰减速度稍快，从而会导致单个破片受载面内的流固耦合压力分布梯度更大，进而使得单个破片受载出现不均匀。因此，数值仿真中破片飞散角度相对实验过程中更大，特别是位于边缘区域的破片。这意味着预制破片群的侵彻范围将会比实验过程中更大。最终表现为夹心复合结构上面板的贯穿损伤失效面积范围更大。

图5 实验工况上面板失效容貌实验结果与仿真结果对比Fig.5 Comparison of experimental and simulated permanent deformations of front face-sheet

图6为实验和数值仿真预报的夹芯复合结构横截面失效容貌，从中可以看出，数值仿真模型能够很好地预报上面板的冲塞破口、泡沫铝芯层的压溃侵蚀、高强聚乙烯芯层的纤维断裂和层间脱层等失效现象以及上面板和泡沫铝芯层的弯曲塑性变形。

图6 实验工况横截面失效容貌实验结果与仿真结果对比Fig.6 Comparison of experimental and simulated permanent deformations of composite sandwich panel on the cross section

图7给出了夹芯复合结构下面板实验和数值仿真的塑性变形轮廓对比结果。由图7可知，数值仿真模型预报的下面板横截面变形轮廓与实验结果吻合较好。数值仿真模型预测的下面板最大塑性变形为26.15 mm，对应实验结果为32.4 mm，相对误差为19.29%，实验模型最大变形位置稍微偏离了面板中心。这主要是由于实验时炸药和破片放置位置离中心位置存在一定偏差，以及破片运动也无法保证完全对称所导致的。整体上，本文构建的数值仿真模型具有较好的预报精度。

图7 夹芯复合结构下面板横截面塑性变形结果对比Fig.7 Comparison of experimental and simulated permanent deformations of back face-sheet on the cross section

2.2 爆炸和结构动态响应过程

联合作用载荷下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构的动态响应过程大致可以分为3个阶段：1) 爆轰波与冲击波的产生和传播阶段；2) 冲击波与预制破片耦合作用阶段；3) 夹芯复合结构与联合作用载荷耦合作用阶段。

2.2.1 爆轰波与冲击波的产生和传播阶段(0～6 μs)

TNT炸药起爆之初，在起爆点起爆瞬间释放大量热量和气体产物，并在炸药中形成爆轰波。随后爆轰波向前传播，如图8所示，引起未反应的炸药继续产生爆轰波，直到炸药反应完毕。炸药周围的空气则在高温高压的爆轰产物作用下形成爆炸冲击波。

图8 爆轰波压力云图Fig.8 Propagation of detonation wave

2.2.2 冲击波与预制破片耦合作用阶段(6～74 μs)

爆炸冲击波在空气域中高速传播，驱动炸药底端的预制破片并在传播过程中不断衰减。初始阶段冲击波速度高于破片，随后破片被加速，中心区域破片由于获得高于边缘区域破片的速度，在运动过程中始终保持领先，如图9所示。另外，可以注意到，位于中心区域的破片在运动过程姿态基本保持不变，而越靠近边缘的破片在运动时的翻转也越为严重，这主要是因为作用在破片表面的冲击波压力不均匀导致的，如图9(d)所示。

图9 破片群飞散运动Fig.9 Dispersion motion of fragments

2.2.3 夹芯复合结构与联合作用载荷耦合作用阶段(74 μs至静止)

在74 μs时刻，破片先于冲击波到达夹芯复合结构上面板，并对复合结构上面板和芯层造成侵彻穿孔，如图10(a)所示。冲击波随后抵达夹芯复合结构上面板并与被破片侵彻穿孔的上面板产生相互作用。高速破片与上面板被侵彻产生的二次破片，继续向下冲击，侵蚀泡沫铝芯层。二次破片于98 μs到达高强聚乙烯芯层，随后中心破片于120 μs时刻附近追赶上二次破片，并与二次破片一起撞击位于下芯层的高强聚乙烯，如图10(b)和图10(c)所示。在撞击过程中，破片剩余动能被高强聚乙烯芯层和下面板逐渐吸收，导致结构出现局部塑性变形。随后，复合结构在惯性力作用下继续向下运动，800 μs时刻附近夹芯复合结构下面板变形达到最大，向下运动的速度减小为0 m/s，如图10(e)所示。然后，复合结构开始向上反向回弹，经过反复震荡之后，结构最后在阻尼作用下静止。

图10 高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构在联合作用载荷下的变形与失效过程Fig.10 Deformation and failure processes of composite sandwich panel under combined blast and fragment loadings

2.3 速度及加速度响应分析

图11为复合结构的速度响应时程曲线。从图11中可知：在6 μs时刻附近，爆轰波传到炸药底部驱动破片，破片在爆炸冲击波作用下速度迅速增加，并达到速度峰值，约1 200 m/s.随后，上面板中心点被破片冲塞形成二次破片，继续向下运动。该二次破片速度一度超过中心预制破片，在75 μs时刻达到速度峰值，约1 200 m/s.在90～140 μs内，破片、上下面板中心点的速度变化存在显著的差异：1)破片速度在90～120 μs之间有一个平台阶段，这是因为二次破片侵蚀了泡沫铝芯层，使得中心破片在穿透泡沫铝芯层时所受阻碍大大减小。2)上面板中心点在98 μs时刻之前，二次破片在泡沫铝芯层的阻挡下，速度衰减先快后慢，但是在98 μs时刻，二次破片开始撞击高强聚乙烯芯层，由于该芯层强度较大，二次破片速度衰减加快。随后，在110 μs时刻，二次破片在高强聚乙烯芯层的作用下，速度降为0 m/s，并有一个较小的反向回弹速度。随后不久，中心破片赶上二次破片，对二次破片进行加速。3)下面板中心点的速度首先是在98 μs二次破片撞击下芯层时产生的冲击致使下面板中心点速度产生了一个峰值，随后速度开始下降，直到120 μs时刻附近，中心预制破片追上二次破片，冲击再一次传到下面板，导致下面板速度产生了第2个峰值。约144 μs时刻，上面板中心点在预制破片和下芯层的挤压下被侵蚀，该时刻之后上面板中心点不受外力作用，保持匀速运动。随后，在阻尼作用下，破片和下面板中心点的速度开始不断下降，直到最后减小为0 m/s.

图11 数值仿真速度响应时程曲线Fig.11 Simulated speed-time curves

图12为复合结构的加速度响应时程曲线，从中可以注意到在74～77 μs内，破片和上面板中心点的加速度达到了一个峰值，之后便很快减小。这是因为上面板中心点在预制破片的冲击下从静止状态开始迅速加速，同时破片由于受到上面板的阻碍，使得二者加速度均开始下降。另外，在121～124 μs内，破片和上面板中心点的加速度达到了另一个峰值，之后也迅速减小，这是由于之前破片撞击了上面板中心后二者被冲塞形成了二次破片，之后一起撞击下芯层，二次破片的剩余速度比较高，而下芯层为高强聚乙烯层合板，该芯层具有良好的抗局部冲击性能，能够对二次破片产生较大的阻力，因此在下芯层的作用下破片和上面板中心点的加速度迅速减小。在其他时间段内破片和上面板中心点的加速度基本处于平稳状态。下面板中心点的速度响应时程曲线虽然也具有两个明显的峰值，但是其加速度远小于破片和上面板中心点的加速度，因此在加速度响应时程曲线中，下面板中心点的加速度一直处于平稳状态。

图12 数值仿真加速度响应时程曲线Fig.12 Simulated acceleration-time curves

2.4 各部件吸能分析

高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构具有优良的能量吸收特性，可以通过面板和各芯层的拉伸、弯曲变形耗散联合作用能量。图13给出了联合作用载荷下，复合结构各部件在塑性变形过程中能量耗散时间历程曲线。在结构响应的初始阶段，上面板首先获得较大速度并开始变形，变形过程中压缩位于上芯层的泡沫铝，导致上面板和泡沫铝芯层的塑性耗散能几乎于同一时刻快速增加。但此时处于下芯层的高强聚乙烯和下面板的塑性变形耗散能很小。

下芯层和下面板的塑性耗散能也几乎于同一时刻开始增加，但值得注意的是，下芯层和下面板塑性耗散能开始增加的时刻与上芯层塑性耗散能开始增加的时刻存在一个明显的时间差。这表明泡沫铝芯层并未将所受的冲击载荷迅速传到下芯层，而是通过自身的压缩和侵蚀吸收了一部分联合作用载荷的能量。而相比之下，下芯层的高强聚乙烯迅速将受到的冲击载荷传递给了下面板，引起下面板塑性耗散能开始同步增加。这主要是因为钢制面板与高强聚乙烯阻抗较为匹配，而与泡沫铝阻抗不匹配。另外，高强聚乙烯芯层在初始阶段塑性耗散能增加的速度明显快于下面板，但随后塑性耗散能基本保持不变。下面板的塑性耗散能则以一个较低的速度不断增加，最终与高强聚乙烯芯层的塑性耗散能基本相当。

对比各部件的最终塑性耗散能，可以发现，距离起爆点最近的上面板塑性耗散能最多，泡沫铝芯层其次。而位于下芯层的高强聚乙烯和下面板，塑性耗散能仅约为上面板和泡沫铝芯层的一半。高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构总体塑性耗散能主要由上面板和上芯层贡献，约占总吸能的73.5%.

2.5 面板厚度配比对结构塑性变形的影响

在等质量的情况下，为研究面板配比对结构塑性变形的影响，在1.1节的几何数值之上，额外设计两种工况进行对比，工况的具体结构参数及下面板塑性变形数值仿真结果如表1所示。载荷条件保持不变。

表1 夹芯复合结构参数与仿真结果Tab.1 Parameters simulated results ofcomposite sandwich panels

工况1～工况3上面板失效容貌如图14所示。由图14可以看出，工况2边缘部分破片未穿透上面板，只形成了一些弹坑，而其余两个工况所有破片均穿透上面板。这是因为工况2上面板厚度较大，抗侵彻能力较强，导致边缘部分破片无法穿透上面板。

图14 上面板失效容貌Fig.14 Deformation/failure modes of the front face-sheet

工况1～工况3横截面失效容貌如图15所示。由图15可以看出：工况2的上面板较厚，在破片群冲击作用下的整体弯曲变形较大，同时上面板对泡沫铝芯层中心区域的压缩和破坏也较为严重；工况3上面板较薄，上面板抗侵彻能力较弱，被冲塞过程较短，在被冲塞的过程中产生的整体弯曲变形也较小，对泡沫铝芯层的压缩也较小，这导致上面板和上芯层吸能较小，破片群在到达高强聚乙烯芯层时的剩余速度较大，于是可以看到工况3中高强聚乙烯芯层的破坏也明显更为严重。另外，3个工况中下面板均未破损，且随着厚度的增加，下面板的变形也更为均匀，这是由于随着厚度增加，下面板对冲击载荷的抵抗能力也有所提高。

图15 横截面板失效容貌Fig.15 Deformation/failure modes of the cross section

从下面板塑性变形来看，上、下面板等厚的工况1中下面板变形最小。结合速度和加速度响应，可知破片撞击下芯层高强聚乙烯时会将冲击传递给下面板。当下面板较薄时，对冲击载荷抵抗能力较弱，在冲击载荷作用下，下面板中心点速度响应会突然增大。这会导致下面板塑性变形更为局部，中心点形成一个“尖点”，故此时下面板的最大塑性变形会较大，为31.95 mm.而当下面板较厚时，对冲击载荷的抵抗能力有所提高，但是此时上面板厚度较薄，对破片速度的衰减能力减弱，导致破片群撞击高强聚乙烯芯层时的剩余速度较高，冲击载荷较大。下面板的变形虽然相对均匀，最大塑性变形有所减小，但相比于上、下面板等厚的情况仍然稍大，为26.85 mm.而当上、下面板等厚时，破片经过上面板和泡沫铝芯层的衰减，上面板的厚度足以较好地衰减破片的速度，同时下面板的厚度也足以较好地抵抗冲击载荷，所以下面板的最大塑性变形最小，为26.15 mm.

3 结论

本文采用有限元分析LS-DYNA软件对冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构的毁伤响应开展了数值仿真研究。通过与实验结果对比，验证了本文所建立的数值模型的正确性和可靠性。从毁伤响应过程、特征点速度与加速度响应以及能量吸收特性等角度，对冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应过程进行了分析和讨论，得出以下主要结论：

1) 冲击波和破片群联合作用下夹芯复合结构的动态响应过程可划分为3个阶段：爆轰波与冲击波的产生和传播阶段；冲击波与预制破片耦合作用阶段；夹芯复合结构与联合作用载荷耦合作用阶段。

2) 加速度时程曲线表明，破片和上面板中心点加速度均存在两个明显的峰值，分别是由于破片撞击强度较大的上面板和高强聚乙烯芯层所引起。由于高强聚乙烯芯层相对刚度较大，与钢质面板阻抗匹配性较好，当受到二次破片和中心预制破片撞击时，冲击载荷会被直接传递给下面板，致使下面板中心点产生了两个速度峰值。

3) 各部件塑性耗散能特征表明，上面板和泡沫铝在复合结构总体塑性耗散功中占主导。泡沫铝芯层的存在能够将来自上面板和破片的冲击进行隔离。上面板会将受到的冲击载荷迅速传递给位于上芯层的泡沫铝，而泡沫铝芯层通过自身的压缩变形和侵蚀吸收了冲击载荷的能量，并且可以避免将冲击载荷直接传递给下芯层。

4) 等质量条件下，上下面板等厚的配置在上面板破片速度衰减能力减弱不大的情况下，下面板具有足够强的抗弯能力，使得下面板塑性变形最小，具有最优的抗毁伤性能。