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三维正交机织复合材料弹道冲击破坏

顾伯洪  孙宝忠  
【摘要】:弹道侵彻破坏是结构防护工程领域的重要研究内容。由高强度、高模量、高韧性纤维制成的织物及其复合材料具有优良的抗冲击能力和较轻的重量,可广泛应用于飞行器、船舶、汽车、建筑等防护工程领域。三维正交机织复合材料是一种典型的三维纺织结构复合材料,经向和纬向的纱束在平面内呈90°交织或排列,以提供复合材料的面内刚度和强度;厚度方向上由于引入Z向的捆绑纱,维持材料的结构稳定性,大幅度提高复合材料断裂韧性和层间剪切强度,同时使三维机织复合材料具有极高的冲击损伤容限。本论文的主要工作是:①用玻璃纤维、对位芳族聚酰胺纤维(p-phenylene terephthalamide,PPTA)织造三维正交机织物;借助真空辅助树脂转移成型技术(VARTM,vacuum assisted resintransfer molding)制造三维正交织物∕不饱和聚酯复合材料;②测试复合材料弹道侵彻性质,在给定入射速度下得到弹体剩余速度,绘制弹体入射速度和剩余速度曲线,同时观测复合材料冲击破坏形态;③基于复合材料单胞刚度矩阵和临界失效面积破坏准则,编写定义复合材料属性的用户子程序,联合商用有限元软件包计算复合材料弹道侵彻破坏。比较实验和有限元计算结果,发现两者在弹体动能的吸收、复合材料破坏形态上有较好的一致性。本文研究为三维正交机织复合材料在弹道防护中的应用提供了一种设计方法,所得实验结论和相应计算方法可以指导高性能防护装甲设计。

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