Kevlar織物在沖擊條件下的數值仿真方法研究與應用.pdf

1、為確保飛行安全，多數航空發(fā)動機均采用質量較輕的芳綸織物纏繞金屬包容機匣結構。為了深入地研究該結構的包容機理和失效模式，本文研究了該包容結構的典型材料Kevlar49織物在沖擊條件下的本構模型、數值仿真方法及其在風扇機匣上的應用。
　　（1）從單胞結構出發(fā)，推導了單胞結構中的力平衡方程和描述紗線力學特性的三元件粘彈性模型。結合Kevlar49織物的幾何結構和已知的紗線力學特性數據估計了材料模型的參數，采用單個單元拉伸和鋼珠沖擊單層織

2、物的數值仿真驗證了該材料模型的有效性和適用性，探討了織物材料模型主要參數對數值仿真結果的影響。
　?。?）開展了不同層數和張力的Kevlar織物試件的彈道沖擊試驗。結果表明：織物吸收的能量隨織物層數遞增，且兩者服從二次拋物線關系。在試驗施加張力范圍內，小張力時，織物吸收的能量略有增長，超過50N后，織物吸收的能量有下降的趨勢。
　?。?）建立和驗證了基于單胞結構材料模型的織物沖擊數值仿真方法，探討了網格密度、沙漏控制方法對計

3、算結果的影響以及單層和多層織物吸收能量的特點。結果表明：多層織物在單層織物吸收能量方式的基礎上引入了新的層-層摩擦耗能機制，提高了織物在撞擊后半段吸收能量的能力。
　?。?）對丟失風扇葉片與Kevlar織物纏繞金屬機匣的相互作用進行了數值仿真，分析了丟失葉片的軌跡、與機匣的相撞過程以及機匣的失效模式。結果表明：設計軟壁機匣時不僅考慮機匣與葉片的相互撞擊，還應該考慮內機匣與纏繞織物的相互作用、內機匣的剛度等因素。
　　本文研究