機織物防刺性能的有限元分析.pdf

1、防刺機織物的研究近年來受到廣泛關注，研究人員可以通過試驗的方式比較各類織物穿刺性能的優(yōu)劣。但是受試驗條件的限制，機織物穿刺機理以及對相關影響因素的分析有待完善，導致對一些試驗現(xiàn)象的解釋和防刺織物的設計缺乏一定理論依據(jù)。因此，建立能夠準確反映機織物穿刺過程的分析模型是必要的。
　　 機織物穿刺過程是非線性、大變形、低速沖擊的問題，有限元建模是解決此類問題的有效方法。但機織物穿刺過程較為復雜，目前尚未形成完整的機織物穿刺有限元分析模

2、型。由于機織物的項破也是屬于一種低速沖擊的過程，且作用較為簡單，同時便于借鑒現(xiàn)有的彈道沖擊有限元建模和分析方法，所以課題從機織物的頂破模擬出發(fā)，使用ABAQUS有限元分析軟件建立了不同尺度的機織物模型，并對其進行頂破試驗驗證與分析。
　　 對機織物頂破過程的有限元模擬中，在機織物頂破宏觀模型中通過“INP”文件添加關鍵詞的方式將機織物模擬成面內(nèi)各向異性、非線性膜材料，并利用子程序“VUSDFLD”建立織物拉伸失效準則。該模型能夠

3、簡單、快捷地預測機織物頂破性能，且便于從織物整體角度反映應力、應變分布。機織物項破細觀模型從三維紗線建模出發(fā)，采用橫觀各向同性材料作為紗線本構關系，利用ABAQUS用戶子程序“VUSDFLD”建立紗線拉伸失效準則。該模型能反映頂破過程中紗線的動態(tài)響應。機織物頂破的宏觀和細觀有限元模型均能很好地模擬機織物頂破失效的試驗現(xiàn)象。利用模型分析了摩擦效應和邊界約束條件對機織物項破性能的影響，結果表明：隨著紗線與彈子之間的摩擦系數(shù)增大，頂破過程中紗

4、線之間滑移減小，織物應變能和摩擦耗散能增大，織物項破位置由中心區(qū)域向固定端轉移，頂破性能顯著提高。增強織物邊界約束條件同樣能夠改善機織物頂破性能。
　　 在頂破細觀模型的基礎上，進一步完善紗線本構關系，確定了紗線拉伸、割斷失效準則，建立了機織物穿刺過程的有限元模型，并通過刀刺和錐刺試驗驗證了模型。由模擬穿刺過程可知：機織物刀刺作用是紗線在刀刃作用下發(fā)生滑移、轉曲最終被割斷的過程。紗線徑向應變大于極限值而引起的紗線割斷是織物主要破

5、壞形式。機織物錐刺主要依靠紗線滑移、轉曲而產(chǎn)生的空隙擠入織物。由此可推斷，提高紗線間摩擦作用或增大織物密度進而減少紗線之間滑移將有助于提高機織物防錐刺性能。
　　 通過有限元模型的模擬，分析了影響機織物防刀刺性能的因素，結果如下：
　　 (1)紗線材料屬性對機織物防刀刺性能的影響從大到小的順序依次為：紗線剪切模量、紗線徑向模量、紗線軸向模量。
　　 (2)機織物角度鋪層或者增強機織物邊界約束條件，使機織物受穿刺過

6、程中產(chǎn)生更多的紗線應變能來吸收刀具動能，提高了機織物防刺性能。
　　 (3)隨著摩擦系數(shù)增大，機織物刀刺過程中產(chǎn)生更多的摩擦耗散能吸收刀具動能，進而提高機織物防刀刺性能。平紋機組織防刀刺性能好于斜紋或緞紋組織的原因也是因為前者在刀刺過程中產(chǎn)生了更多摩擦耗散能所致。
　　 (4)在一定范圍內(nèi)適當降低機織物經(jīng)、緯密度，有可能在降低面密度的同時，使模型在刀刺過程中產(chǎn)生更多摩擦耗散能，并延緩紗線割斷的發(fā)生，進而提高機織物的防刀刺