三維編織復合材料彈道侵徹破壞—準細觀層次精細化模型和有限元計算.pdf

1、摘要:三維編織復合材料相比于層合復合材料有較高的層間剪切強度和斷裂韌性,因而其具有更高的沖擊損傷容限.由于該類復合材料細觀結(jié)構(gòu)的復雜性,在彈道防護領(lǐng)域的應用研究目前處于探索階段.有關(guān)彈體對三維編織復合材料靶體侵徹過程和損傷機理的研究對防彈復合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的實際意義和理論價值.該文主要在考察三維編織復合材料細觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,用三維紡織結(jié)構(gòu)復合材料的"纖維傾斜模型"的基本思想在準細觀結(jié)構(gòu)層次上分解三維編織復合材料,然后建立與三維編

2、織復合材料具有相同纖維體積含量的單向板細觀模型.用動態(tài)顯式算法有限元程序模擬傾斜單向板彈道侵徹破壞過程,并得到彈體貫穿靶體后的剩余速度和靶體變形形態(tài).計算結(jié)果與彈道測試結(jié)果的比較證明在三維編織復合材料準細觀結(jié)構(gòu)簡化方案基礎(chǔ)上的精細模型計算三維編織復合材料彈道沖擊性能的有效性.并根據(jù)此模型討論靶板破壞方式和破壞機理.主要結(jié)論有:(1)基于三維編織復合材料的真實結(jié)構(gòu),在準細觀層次上建立精細化彈道沖擊有限元模型.在計算機計算性能允許的范圍內(nèi),

3、使復合材料模型的結(jié)構(gòu)最大限度地和其真實的物理結(jié)構(gòu)相一致;(2)從彈體剩余速度、靶板變形、彈孔形狀等方面與試驗結(jié)果進行比較,說明基于復合材料真實結(jié)構(gòu)的有限元模型準確有效地模擬了三維編織復合材料的彈道貫穿過程;(3)從靶板變形過程、纖維束受力變形過程、彈體剩余速度變化圖、彈體加速度變化圖、彈體能量變化圖等計算結(jié)果分析靶板受沖擊過程,并根據(jù)此模型討論、分析靶板破壞方式和破壞機理;(4)對基于連續(xù)介質(zhì)的靶板模型和該文的精細模型的計算結(jié)果進行比較