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,玻璃纤维和碳纤维增强的气凝胶材料属于多孔材料, 其---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。
在气凝胶过程中会产生纤维拔出和纤维断裂的现象, 同时也消耗了大量的能量,纤维对气凝胶的增韧作用导致气凝胶的需要的内应力,从而---了气凝胶的使气凝胶在时需要消耗更多的能量,这就使冲击波的能量被大量消耗从而起到了装甲防护作用。
在二氧化硅气凝胶中冲击波的强度随传播距离的增加呈现指数衰减的趋势。冲击波在二氧化硅气凝胶中衰减比在泡沫铝中衰减明显。由于二氧化硅气凝胶内部特殊的纳米多孔网状结构,导致冲击波在二氧化硅气凝胶中的衰减效果较好。
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