Експрес-оцінка вибухостійкості шаруватих пластин для захисних екранів і облицювань
DOI:
https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2026-15(25)-02Ключові слова:
вибухостійкість, шаруваті пластини, захисні облицювання, імпульсне навантаження, теорія Кірхгофа–Лява, прогин, напруження, коефіцієнт запасу, поверхнева маса.Анотація
У будівництві та суміжних інженерних галузях зростає потреба в захисних екранах і облицюваннях, здатних ефективно працювати під дією вибухових навантажень. У статті представлено експрес-методику оцінки вибухостійкості захисних шаруватих пластин для проєктування таких конструктивних елементів. Методика орієнтована на етап ескізного вибору, коли необхідно швидко зіставити варіанти шарування за обмежень поверхневої маси та габаритів і обґрунтувати стартове конструктивне рішення. Розрахункову модель побудовано на основі лінійної теорії пластин Кірхгофа–Лява, а вибуховий вплив подано еквівалентним короткоімпульсним навантаженням, узагальнювальною характеристикою якого є інтегральна міра імпульсу. Первинну працездатність оцінюють за двома критеріями. Максимальний прогин характеризує глобальну деформативність і безпосередньо пов’язаний із функціональними вимогами, зокрема з допустимим зазором до об’єкта захисту. Мінімальний коефіцієнт запасу за допустимими напруженнями визначає критичний шар і задає напрям коригування компоновки. Методику подано як послідовний розрахунковий алгоритм, що дозволяє варіювати товщини, матеріали та порядок шарів і отримувати конструктивне рішення в інженерно інтерпретованій формі. Основні тестові результати подано як серію порівняльних і параметричних розрахунків для трьох конструкцій захисних пластин, в тому числі для легкого композитного сендвіча як прикладу альтернативного класу рішень із малою поверхневою масою. Для двох поширених компоновок, металополімерної та кераміко-еластомерної, отримано співвідношення “поверхнева маса–прогин” і “поверхнева маса–запас міцності”. Показано, що товщина середнього демпферного прошарку переважно визначає деформативність за помірного приросту маси, тоді як потовщення лицьової обшивки швидко збільшує запас міцності. Отримані результати підтверджують доцільність експрес-оцінки як інструмента для прийняття первинного конструктивного рішення і підготовки обґрунтованої базової моделі для подальшого уточнення у скінченно-елементній постановці.
Завантажити
Посилання
1. Li Y., Ren X., Zhang X., Chen Y., Zhao T., Fang D. Deformation and failure modes of aluminum foam-cored sandwich plates under air-blast loading. Composite Structures. 2021. Vol. 258. P. 113317. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113317
2. Ye N., Sun Z., Guo Q., Ma C., Shi Z. Experimental Investigation Concerning the Influence of Face Sheet Thickness on the Blast Resistance of Aluminum Foam Sandwich Structures Subjected to Localized Impulsive Loading. Metals. 2025. Vol. 15. P. 1122. https://doi.org/10.3390/met15101122
3. Tarlochan F. Sandwich Structures for Energy Absorption Applications: A Review. Materials. 2021. Vol. 14, no. 16. P. 4731. https://doi.org/10.3390/ma14164731
4. Jiang F. Blast response and multi-objective optimization of graded re-entrant circular auxetic cored sandwich panels. Composite Structures. 2023. Vol. 305. P. 116494. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116494
5. Optimal design of composite sandwich panel with auxetic reentrant honeycomb using asymptotic equivalent model and PSO algorithm / P. Xiao et al. Composite Structures. 2024. Vol. 328. P. 117761. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117761
6. Impulse saturation in metal plates under confined blasts / Y. Yuan et al. International Journal of Impact Engineering. 2022. P. 104308. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2022.104308
7. Chuanqing Chen, Yulong He, Rui Xu et al. Dynamic behaviors of sandwich panels with 3D-printed gradient auxetic cores subjected to blast load. International Journal of Impact Engineering. 2024. P. 104943. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2024.104943
8. Blast Resistance of Confined Multilayer Graded Corrugated-Core Sandwich Cylindrical Shells / P. Su et al. Materials. 2025. Vol. 19, no. 1. P. 101. https://doi.org/10.3390/ma19010101
9. Shats’kyi І. P. Limiting Equilibrium of a Plate with Partially Healed Crack. Materials Science. 2015. Vol. 51, no. 3. P. 322–330. https://doi.org/10.1007/s11003-015-9845-5
10. Perepichka V. V., Shats'kyi I. P. Journal of Mathematical Sciences. 2002. Vol. 109, no. 1. P. 1290–1294. https://doi.org/10.1023/a:1013713215277
11. Shats'kyi I. P., Makoviichuk M. V. Contact Interaction of the Crack Edges in the Case of Bending of a Plate with Elastic Support. Materials Science. 2003. 39. P. 371–376. https://doi.org/10.1023/b:masc.0000010742.15838.44
12. Andika S. P., Widagdo D., Pratomo A. N. Design and Multi-Objective Optimization of Auxetic Sandwich Panels for Blastworthy Structures Using Machine Learning Method. Applied Sciences. 2024. Vol. 14, no. 23. P. 10831. https://doi.org/10.3390/app142310831
13. Lam L., Chen W., Hao H., Li Z. Blast mitigation performance of sacrificial cladding with shear thickening fluid-filled origami metastructure core. Engineering Structures. 2025. Vol. 344. P. 121415. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.121415
14. Kostopoulos V., Kalimeris G. D., Giannaros E. Blast protection of steel reinforced concrete structures using composite foam-core sacrificial cladding. Composites Science and Technology. 2022. P. 109330. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109330
15. Study on blast resistance and energy dissipation mechanism of reinforced concrete-polyurea composite slabs under long duration blast loading of thermobaric explosives / J. Liu et al. Engineering Structures. 2025. Vol. 345. P. 121440. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.121440
16. Rizwanullah M., Sharma H. K. Blast loading effects on UHPFRC structural elements: a review. Innovative Infrastructure Solutions. 2022. Vol. 7, no. 6. https://doi.org/10.1007/s41062-022-00937-2
17. Hongxiang Yang, Kaicong Kuang, Yaqin Lu et al. Research on the dynamic response of open-web girders in new floor structures under near-blast load based on the CEL method. Structures. 2024. Vol. 65. P. 106692. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2024.106692
18. EN 1990:2023. Eurocode – Basis of structural and geotechnical design.
19. EN 1991-1-7. Eurocode 1 – Actions on structures – Part 1-7: Accidental actions.
20. DooJin Jeon, KiTae Kim, Han S. Modified Equation of Shock Wave Parameters. Computation. 2017. Vol. 5, no. 3. 5030041. https://doi.org/10.3390/computation5030041
