Kevlar129織物-PA防彈復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、熱塑性樹(shù)脂基防彈復(fù)合材料由于韌性好、沖擊損傷容限高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在防彈領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在高速?zèng)_擊下的抗彈性能和破壞機(jī)理的研究已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。數(shù)值方法一直是沖擊力學(xué)理論研究中的重要方法，雖然對(duì)于織物有限元模擬的研究有很多，但大多數(shù)是在宏觀結(jié)構(gòu)上進(jìn)行研究分析，宏觀模型無(wú)法解釋紗線(xiàn)之間的交互作用，比如紗線(xiàn)的結(jié)構(gòu)、性能及紗線(xiàn)之間的摩擦力等因素的影響。本文以Kevlar129織物/PA（聚酰胺）復(fù)合材料為研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)

2、與有限元模擬相結(jié)合的方法，圍繞復(fù)合材料的成型工藝、材料的力學(xué)性能、復(fù)合材料的防彈性能和破壞機(jī)理開(kāi)展了較系統(tǒng)的研究。在復(fù)合材料成型工藝的研究方面，通過(guò)對(duì)復(fù)合工藝影響因素（模壓溫度、模壓壓力、模壓時(shí)間三因素）的正交實(shí)驗(yàn)研究，討論了這三因素對(duì)拉伸性能、剝離性能及彈道沖擊性能的影響，結(jié)果表明較佳的成型工藝條件為模壓壓強(qiáng)7.5MPa、模壓溫度115℃、模壓時(shí)間20min;模壓壓力對(duì)復(fù)合材料的彈道沖擊性能影響最大，在7.5MPa時(shí)達(dá)到最大，能量吸收

3、與復(fù)合材料的拉伸性能和剝離性能有著一致性。
　　 在對(duì)Kevlar129紗線(xiàn)拉伸力學(xué)性能測(cè)試和建立反映紗線(xiàn)屈曲的紗線(xiàn)有限元模型的基礎(chǔ)上，在紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)層次上建立織物和復(fù)合材料的有限元分析模型，采用帶有主應(yīng)力斷裂失效準(zhǔn)則的彈性正交各向異性材料模型，對(duì)比分析了織物和復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性質(zhì)，得到了預(yù)測(cè)織物拉伸力學(xué)性質(zhì)的有限元分析方法，并對(duì)紗線(xiàn)織物拉伸斷裂過(guò)程進(jìn)行了分析。Kevlar129織物拉伸性能的有限元分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，初始拉伸階段

4、應(yīng)力較低，拉伸斷裂前應(yīng)力稍高，總體吻合程度較好，對(duì)斷裂點(diǎn)附近的力學(xué)性能預(yù)測(cè)仍有待于進(jìn)一步提高。通過(guò)模擬織物的剝離性能，確定了樹(shù)脂與紗線(xiàn)之間的粘合力。同時(shí)對(duì)復(fù)合材料的拉伸性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明復(fù)合材料拉伸斷裂同時(shí)性提高，斷裂狀態(tài)呈脆性斷裂。
　　 基于復(fù)合材料的真實(shí)結(jié)構(gòu)，在紗線(xiàn)的結(jié)構(gòu)層次上建立復(fù)合材料有限元模型，通過(guò)有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)彈道沖擊過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，模擬單層復(fù)合材料的彈道沖擊過(guò)程，得出彈體的