纖維增強復(fù)合材料層合板抗破片侵徹機理研究.pdf

1、由于纖維增強復(fù)合材料具有密度低、強度高和防彈性能優(yōu)良的特點，因此在裝甲防護等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。復(fù)合材料的彈道侵徹問題的理論分析和數(shù)值模擬中，涉及到復(fù)雜的本構(gòu)模型、失效機理和破壞模式，因此研究難度較大。加強復(fù)合材料抗彈機理的研究以及預(yù)測彈體侵徹后復(fù)合材料靶板的失效模式和彈體的剩余速度等參數(shù)對于復(fù)合材料防護結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要意義。本文選取工程中廣泛應(yīng)用的碳纖維/環(huán)氧樹脂織物層合板作為研究對象，研究了其在剛性彈體侵徹下的彈道性能和損傷特性

2、。
　　首先，從能量守恒的角度出發(fā)，建立了碳纖維/環(huán)氧樹脂織物層合板受到平頭柱形彈侵徹的理論模型。假設(shè)彈體的動能通過三種不同的吸能機制，即動能轉(zhuǎn)移、纖維失效和層合板壓縮，被層合板吸收。通過對能量守恒方程進行空間積分，得到了彈體剩余速度的解析解。通過與文獻中公開的試驗數(shù)據(jù)的對比，驗證了該理論模型的有效性。
　　其次，基于層合板的二維動態(tài)損傷本構(gòu)模型，拓展得到了三維動態(tài)損傷本構(gòu)模型。該本構(gòu)模型可描述不同損傷模式的損傷萌生準則，從

3、斷裂能的角度將材料的損傷演化行為定義為線性軟化，并考慮了應(yīng)變率效應(yīng)對材料的模量和強度的影響。
　　最后，應(yīng)用通用有限元軟件Abaqus中基于沖擊動力學(xué)的數(shù)值方法研究了復(fù)合材料層合板的彈道侵徹問題。復(fù)合材料層合板用Abaqus中的三維實體單元來模擬，三維動態(tài)損傷本構(gòu)模型用Abaqus中的用戶材料子程序 VUMAT來實現(xiàn)。數(shù)值計算的結(jié)果與文獻中的試驗數(shù)據(jù)吻合較好。通過數(shù)值計算詳細討論了不同彈體形狀、彈體直徑、層合板厚度和侵徹角度對復(fù)合