一、织物弹道贯穿性能分析计算（论文文献综述）
李深[1]（2021）在《陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的设计制备及弹道侵彻性能研究》文中研究指明21世纪,在和平发展的时代背景下,局部地区武装冲突和恐怖袭击仍时有发生。防弹插板作为一种单兵常用防护装备,因可有效保护身体重要部位,降低外界杀伤元对人体造成的贯穿性和致命性伤害,受到各国军事机构的重视。为适应现代高技术军事防护需求,国内外学者进行了大量研究,力求突破防弹板材质单一、质量较大和机动性差的问题限制。目前,以陶瓷为面板,高性能纤维层合材料或金属材料为背板所制备而成的复合体具备优异的防护性能,但未能实现“防护性-轻量化-柔曲性”一体化优势。因此,在保证弹道防护有效性的前提下,优化原料选择及结构设计,减轻防弹装甲的重量,增加单兵作战机动性能,是亟待解决的难题。本课题依托国家重点研发计划项目,借鉴模块式复合装甲的设计思路,设计制备以陶瓷单元拼接结构为面板和以UHMWPE纤维复合材料为背板的新型防弹复合材料,在实现材料可弯曲性能的基础上,借助Micro-CT扫描、ABAQUS/Explicit有限元分析等多种方法探究其在抵御7.62mm穿甲燃烧弹侵彻的力学行为,为防弹领域的材料结构优化、损伤评估以及抗冲击性能规律探索提供重要的理论依据和实验支撑。主要研究内容如下:（1）原料选择与结构设计。依据材料属性,选用B4C或Si C作为陶瓷层原料,通过ABAQUS有限元分析软件,探究不同陶瓷单元结构对其防护性能影响规律,获得面板层柱状单元优选结构。通过拉伸、弯曲、低冲等试验方式,确定陶瓷层树脂基体类型及UHMWPE背板纤维排列方式,最终形成陶瓷面板与UHMWPE背板复合的防弹材料复合形式。（2）防弹复合材料的制备。利用浇筑成型法和模压成型法将高性能结构陶瓷材料与柔性树脂基体复合制备半硬质陶瓷面板,选用UHMWPE纤维通过0°/90°排列制备UD背板,使用特殊粘接技术及成型工艺复合制备陶瓷/UHMWPE纤维防弹复合材料。（3）弹道性能测试及损伤表征。依据GJB 4300A-2012（III级）对制备的防弹复合材料进行打靶测试。通过扫描电子显微镜（SEM）及Micro-CT断层扫描方式对弹道侵彻后复合材料进行损伤分析,揭示复合板抵御子弹冲击时的能量耗散机制。结果表明,子弹侵彻复合板的损伤演变过程,主要分为陶瓷层“脆性碎裂”响应阶段及背板“冲塞-压缩”响应阶段,面板层陶瓷颗粒间基体种类及可变形能力对复合板防护性能影响不大,陶瓷种类和侵彻点位置对复合材料抗侵彻能力影响较大。其中,使用B4C陶瓷材料制备的A-B复合板面密度相较于Si C陶瓷材料制备的A-S复合板减重10.4%,可实现面密度≤40kg/m2的轻质防护。（4）弹道侵彻有限元分析。利用ABAQUS/Explicit有限元分析工具,建立B4C/UHMWPE纤维复合板有限元模型,模拟复合板抗7.62mm的穿甲燃烧弹的侵彻过程,分析其损伤演化以及能量耗散过程,并与实际打靶试验结果对比验证模型的准确性。计算结果表明,基于ABAQUS/Explicit有限元分析工具建立的侵彻模型为有效模型,有助于预测不同工况下防弹材料的失效过程。
杨莹雪[2]（2021）在《多层三维织物及其增强复合材料防弹性能的研究》文中研究指明对位芳纶等高性能纤维通常以机织或无纺布的形式应用于柔性防弹织物及其增强复合材料中,以制备轻量化、高性能的弹道防护装备。本文基于对位芳纶纤维设计了3层平纹（3-plain）和5层平纹（5-plain）叠层织物、5层纬纱贯穿角联锁（5-TTAI）、5层纬纱间层角联锁（5-AI）,以及分别加入2层和4层衬垫经纱的间层角联锁（5-w2-AI、5-w4-AI）结构织物,通过数值模拟的方法对比了这6种织物的弹道性能与失效模式的差异,以探究不同厚向接结结构对织物弹道性能的影响。并在此基础上选取平纹（P）、5-AI（A）和含衬垫的5层纬纱贯穿角联锁（T）织物作为复合材料增强体,设计制备不同铺层顺序和混杂比例的结构混杂复合材料,比较不同混杂方式的多层芳纶织物增强复合材料弹道性能的差异,探索铺层优化方案。主要的研究工作及结果如下:1.对比叠层平纹织物和3D织物发现,叠层平纹织物的经纬向应力分布均衡,但冲击应力主要集中在着弹点附近,容易导致主纱的过早断裂,且存在较为明显的分层破坏现象;而3D织物的面密度吸能比（SEA）均高于叠层平纹织物,最多约高出91.6%,还能有效抑制分层,其面内应力响应范围更大,但其经向和纬向面内应力分布不均匀。通过对比Z纱接结深度不同的5-AI和5-TTAI织物发现,5-TTAI的SEA比5-AI小10.4%,且由于5-TTAI中Z纱的屈曲程度较大,容易导致应力集中而更早失效,但接结深度大的Z纱可以使底层纱线更早参与吸能。另外,通过对5-AI、5-w2-AI与5-w4-AI织物的比较发现,织物的SEA随衬经含量的增加呈先增大后减小的趋势,其中5-w2-AI织物的SEA最高,说明适当增加衬垫经纱能提高3D织物的吸能能力,过多的衬经反而会限制纱线的相对滑移,导致着弹点附近的应力集中而使靠近迎弹面的纱线更早断裂,衬垫经纱还可改善3D织物经纬向面内应力分布不匀的现象,但对后层纱线的响应时间有一定的影响。2.用A和T两种3D织物分别与P进行结构混杂设计,通过弹道实验计算出混杂靶板的单位纤维含量弹道极限值（Vf50）。比较发现,将P置于背弹面,T置于迎弹面,且二者混杂比为1:3时,混杂靶板的Vf50值最高可达到617 m/s,比叠层平纹层合板的Vf50值高16.4%,可视为最优混杂方案。并且,从混杂靶板的破坏形貌中可以看出,3D织物主要以拉伸破坏为主,能更有效地利用纤维的拉伸断裂吸能优势,适合置于混杂靶板的迎弹面。
唐昌州[3]（2021）在《小尺寸破片对单兵防护装备的侵彻性能研究》文中认为小尺寸破片是单兵破片战斗部未来发展的主要方向之一,针对小尺寸破片侵彻单兵防护装备加人体模拟靶展开了相关研究。研究破片在穿透单兵防护装备后是否对人员造成伤害,分析侵彻过程、损伤破坏机理以及影响破片侵彻性能的因素,建立单兵防护装备加人体模拟靶的等效靶体、小尺寸破片穿靶能量公式及其弹道极限公式,研究结果对单兵破片战斗部和单兵防护装备的优化设计具有重要的参考价值。以传统上采用的25 mm厚红松木靶作为人体模拟靶,对小钨球侵彻二级防弹头盔、三级软体防弹衣加25 mm松木靶开展了侵彻试验,并获得了相应钨球的弹道极限以及防弹纤维和松木靶的损伤破坏模式。试验结果表明:质量0.21 g,直径?2.8 mm的小钨球侵彻防弹头盔的弹道极限为558.1 m/s;质量0.17 g,直径?2.6 mm、质量0.21 g,直径?2.8 mm以及质量0.44 g,直径?3.6 mm的三种小钨球均能穿透防弹衣加松木靶,且弹道极限分别为742.3 m/s、692.9 m/s和570.1 m/s;防弹纤维的破坏模式主要为基体开裂、纤维断裂（剪切断裂和拉伸断裂）和分层破坏。防弹衣纤维层面内产生类似“十”字形的损伤破坏,宏观表现为基体开裂。松木靶的破坏模式主要为剪切和冲塞剥落破坏。在试验基础上,以防弹衣加松木靶为主要研究对象,通过数值模拟分析了钨球侵彻防弹衣加松木靶的侵彻过程及损伤破坏机理,并研究了防弹衣厚度和钨球质量变化对侵彻性能的影响规律。数值模拟结果表明:在钨球侵彻防弹衣的过程中,纤维层面内的应力波在弹着点中心以“十”字形的形式向四周扩散,纤维层面内产生类似“十”字形的损伤,与试验结果相符。随着防弹衣厚度的增加,靶板能量吸收率增加,钨球弹道极限近似以线性递增规律增加。而随着钨球质量的增加,靶板能量吸收率降低,钨球的弹道极限近似按幂函数递减规律减小。结合试验与数值模拟,利用基于能量等效原则的弹道极限法研究了防弹衣加松木靶与LY-12硬铝靶之间的等效关系。研究结果表明:质量0.21 g,直径?2.8 mm的小钨球侵彻8 mm厚LY-12硬铝靶的弹道极限为850.1 m/s;质量0.17 g,直径?2.6 mm、质量0.21 g,直径?2.8 mm以及质量0.44 g,直径?3.6 mm的三种小钨球侵彻6.2 mm厚LY-12硬铝靶的弹道极限分别为758.7 m/s、705.2 m/s和577.8 m/s;对于质量小于0.46 g的钨球的侵彻,防弹衣加松木靶可等效为6.2 mm厚LY-12硬铝靶。在上述研究的基础上,利用量纲分析的方法建立了钨球侵彻防弹衣加松木靶的穿靶能量公式,推导了弹道极限公式。研究结果表明:穿靶能量公式和弹道极限公式的计算值与试验值吻合较好,可分别用于计算不同质量钨球侵彻防弹衣加松木靶的穿靶能量和弹道极限。
张辰[4]（2021）在《碳/玻单向经编混杂复合材料抗冲击性能及损伤机理研究》文中指出纤维增强复合材料由于其优异的力学性能在航空航天、交通和能源等领域被广泛使用。混杂复合材料广义定义指两种或两种以上的连续纤维增强同一种树脂基体的复合材料,可充分发挥混杂材料各自力学性能,降低增强体材料成本等特点。混杂复合材料性能与混杂结构紧密相关。本文利用单向经编织物的灵活可设计性优点,通过改变面内碳纤维含量以及混杂形式,实现面内碳/玻混杂结构,设计织造了单向经编层内碳/玻混杂织物,论文还通过单向经编非混杂织物铺层实现了层间碳/玻混杂结构,采用真空辅助树脂传递模塑工艺制作了混杂复合材料层合板,通过实验,模拟仿真等手段系统研究了层内和层间混杂复合材料的抗冲击性能及其损伤机理。本文首先对层内混杂复合材料抗冲击性能进行研究。使用自行设计的层内混杂织物制作了不同混杂结构与混杂比的层内混杂复合材料,进行冲击试验。研究发现,相较于混杂结构,混杂比对抗冲击性能影响较大。准静态压痕与声发射实验表明纤维断裂是导致层合板失效的主要因素,层内混杂结构具有降低纤维损伤的作用。对三种混杂比不同的层内混杂复合材料而言,分层面积与玻璃纤维含量成正比。碳/玻混杂比为1:1时,损伤程度最低,极限载荷最高。混杂比为1:2时,复合材料的破坏主要表现为碳纤维断裂失效,吸收能量最高。混杂比为1:4时,主要由玻璃纤维承载外部应力,极限载荷较高。分析层内混杂复合材料高速冲击试验结果可知,层内混杂复合材料在弹体侵彻过程中形变量较大,与碳纤维复合材料相比吸收能量更多。冲击速度高于弹道极限速度50%时,复合材料内部损伤主要为纤维剪切破坏与背面纤维束剥离脱落,层内混杂协同作用不明显。其次,对层间混杂复合材料抗冲击性能进行研究。研究发现,低速冲击载荷下,层间混杂复合材料的极限载荷较高,夹芯混杂结构具有较大的吸收能量,层间混杂复合材料损伤主要为顶部纤维失效与底部分层,夹芯混杂复合材料内部分层失效较严重,与碳纤维复合材料的损伤程度相比均有降低,表现为正混杂效应。高速冲击载荷下层间混杂复合材料的弹体侵彻过程为变形凸起型,有利于吸收能量,外表面为碳纤维的层间混杂复合材料具有较高的弹道极限速度和单位面积吸收能量。冲击速度高于弹道极限速度50%时,混杂结构对损伤模式的影响有限。论文通过分析复合材料损伤发现,设计层间混杂结构时,将强度较高纤维置于冲击外表面,韧性较高纤维置于中部的层间混杂结构混杂协同效应较好。将韧性较高纤维置于面层,强度较高纤维置于芯层的夹芯混杂结构混杂协同效应较好。层内混杂复合材料兼具面内与纵向混杂界面,面内混杂界面有利于抑制损伤扩散,碳/玻混杂比为1:1时,对损伤扩展的抑制作用最强。纵向混杂界面可视为层间碳/玻混杂界面,增强了层内混杂复合材料的抗冲击性能。最后,论文建立了混杂复合材料冲击损伤模型。考虑计算效率与层内混杂结构等特点,分别建立了层间混杂复合材料宏观模型与层内混杂复合材料介观模型。通过金相显微镜观察层内混杂复合材料横截面形貌确立了介观模型的几何参数,构建纤维束微观尺度单胞模型计算得到介观模型宏观力学参数。论文定义了复合材料三维渐进损伤本构模型,由于应力在冲击过程中变化比较剧烈,本文采用应变形式Hashin失效准则定义复合材料损伤起始,并定义指数形式损伤因子,建立损伤材料与完好材料间的本构关系。论文采用内聚力单元模拟复合材料分层损伤,在背面纤维束之间添加了内聚力单元,较为准确的体现了复合材料背面纤维束撕裂剥离损伤。有限元仿真模拟结果显示,利用层内混杂复合材料介观模型可观察到每根纤维的失效过程与应力分布规律,有利于分析面内混杂纤维的损伤规律与失效机理。仿真结果与实验结果拟合度较高。分析模拟仿真结果发现冲击载荷下的碳/玻混杂协同效应表现如下:碳纤维在冲击载荷下表现为脆性失效,玻璃纤维起延缓碳纤维失效进程作用,冲击载荷下混杂复合材料的脆性损伤相较于碳纤维复合材料有所改善。碳纤维失效后产生剩余应力,玻璃纤维通过变形将此部分应力转化为分层损伤,降低了复合材料内部纤维损伤失效,并且碳纤维失效后被玻璃纤维包裹,对抗冲击载荷仍有贡献。碳纤维与玻璃纤维在冲击载荷下的形变量不同,碳/玻间隔分布会引发分层损伤,缓冲冲击应力。面内碳/玻混杂界面对损伤裂纹扩展有抑制作用,延缓复合材料断裂失效,面内混杂界面越近,越有利于应力在混杂纤维之间转移消耗,对损伤传播的阻碍作用越强。通过合理设计层间混杂与层内混杂结构,充分发挥碳纤维与玻璃纤维各自的力学性能优点,可实现较强的混杂协同效应,获得较高的抗冲击性能。
胡燕琪[5]（2021）在《高速冲击下三维机织复合材料宏细观建模方法研究》文中进行了进一步梳理与传统的二维层压复合材料相比,三维机织复合材料由于厚度方向的力学性能得到增强,具有更高的断裂韧性、疲劳寿命和抗冲击性能,在航空航天、汽车制造、防护工程等领域得到了广泛的应用。尽管目前对该材料的静力学性能已有一些研究,但对其在高速高能冲击载荷作用下的材料动态响应及损伤失效机制等尚缺乏系统深入的研究工作。本文通过材料力学性能试验、宏细观建模方法、有限元数值仿真、直线与旋转打靶试验,对三维正交机织碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的多尺度力学性能表征和冲击损伤特性进行研究。主要研究工作如下:（1）进行了双马来酰亚胺树脂和三维正交机织碳纤维树脂基复合材料的力学性能研究。针对纯树脂和复合材料,分别开展了准静态拉伸、压缩、剪切试验和动态霍普金森拉杆、压杆试验,获得了材料在不同载荷类型和不同应变率下的力学响应特性和多尺度数值仿真分析所必需的性能参数。结果表明:树脂的拉伸断口形貌有明显的分区;在动态拉伸载荷下,树脂的拉伸强度随应变率增加呈现先增大后减小的趋势;在动态压缩载荷下,树脂经历了压缩屈服、应变软化、应变强化和破裂四个阶段,随应变率增加,其屈服强度逐渐减小、极限破坏强度先增大后减小。此外,复合材料经、纬向力学性能接近;在所测的应变率范围内,经、纬向的拉伸强度随应变率增加逐渐增大,经、纬向和厚度方向的压缩强度随应变率增加先增大后减小;相较而言,三维正交机织复合材料的应变率敏感性低于纯双马来酰亚胺树脂,对于复合材料,其经、纬向的应变率敏感性低于厚度方向。（2）进行了三维正交机织复合材料的多尺度框架下的力学性能表征。采用了加入静水压力效应的Modified Bodner Partom本构模型,有效表征树脂材料在低、中、高应变率下的力学响应。基于通用单胞的方法在微观尺度上采用MAC/GMC微观力学分析工具预测单向纤维束的刚度和强度。根据纱线（经纱、纬纱和z纱）体系结构、确定纤维体积比,和周期性边界条件,建立了包含纱线和树脂基体的可以反映材料内复杂织物结构的细观尺度模型,界面采用基于内聚区模型的固连接触算法,模拟界面上的双线性牵引分离法则,并通过自顶而下的方法修正纱线中的强度。结果表明自底而上的建模方法辅之以自顶而下的失效参数的修正对于三维正交机织复合材料的力学性能表征非常有效。（3）进行了三维正交机织复合材料的宏细观建模方法研究。基于子模型分析技术的思想,在LS-DYNA中结合界面分析功能,提出了在全局模型中使用宏观尺度模型,子模型中使用细观尺度模型的宏细观建模方法,应用结果表明:基于点的界面连接方式能有效地将全局模型中界面上的解映射到子模型中去,适用于动态冲击案例。应用该建模方法到试样拉伸仿真分析中,结果显示在拉伸载荷下,细观尺度的子模型所预测的材料损伤失效模式包括基体的开裂、剥落和纱线-树脂界面脱粘等都与试验中观察到的一致。这种宏细观建模方法结合了两个尺度的模型优点,既能实现较高的计算效率,同时能精细化地表现材料的局部损伤。（4）进行了三维正交机织复合材料的直线打靶试验和旋转打靶试验,并结合宏细观建模方法研究材料的抗冲击性能。直线打靶试验中,圆柱形弹体以速度180m/s～280m/s（相当于冲击能量为320J～774J）冲击复合材料靶板,获得了弹体反弹、嵌入和贯穿靶板的不同试验结果,结合数值仿真和试验发现,当靶板未被击穿时,靶板的大变形和振动是主要的能量吸收机制,而当靶板被击穿,结构外面变形减小,局部的纤维剪切冲塞失效和拉伸断裂失效是主要的能量吸收机制。对于宏细观建模方法的应用发现,宏细观建模方法既能捕捉冲击过程中的大变形、振动等特征效应,也能预测结构中局部细观损伤失效行为。旋转打靶试验中,模拟叶片以15000r/min～25000r/min的转速（相当于冲击能量为2400J～7300J）冲击圆筒形复合材料模拟机匣,得到了包容、近临界包容和非包容的不同试验结果,发现材料吸收的能量随着叶片冲击能量的升高而升高。结合数值仿真分析,详细研究了高速旋转叶片与复合材料机匣的撞击过程,指出较小的冲击角度、机匣非对称性的整体结构响应和多撞击点的存在使得复合材料机匣中更广泛的区域可以通过变形、损伤和失效参与叶片动能的吸收。综上,本文为先进三维机织结构复合材料建立了多尺度框架下可靠的力学性能表征方法和宏细观建模方法,并深入研究了高速高能冲击载荷下的结构动态响应,从多个角度评估材料的抗冲击性能,对于三维机织复合材料应用于高性能航空发动机具有重要的意义。
何业茂,焦亚男,周庆,陈利[6]（2021）在《弹道防护用先进复合材料弹道响应的研究进展》文中研究说明本文对弹道防护用先进复合材料的弹道响应研究及其在工程领域的应用现状进行了综述。首先,基于工程应用研究的试验结果,对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维、对位芳香族聚酰胺（PPTA）纤维、芳Ⅲ纤维、聚对苯撑苯并双恶唑（PBO）纤维和聚酰亚胺（PI）纤维等高性能纤维的防弹性能及其复合材料在弹道防护工程领域的应用现状进行了概述,近年来先进复合材料的防弹性能随着纤维力学性能的突破而逐渐提高;其次,讨论了先进复合材料弹道响应的影响因素及其作用机制,发现先进复合材料的塑性拉伸变形是其抵挡弹丸侵彻的主要防弹机制;最后,对弹道防护用先进复合材料的研究方向进行了展望。
任春雷[7]（2020）在《三维角联锁机织复合材料冲击变形损伤的细观结构和热力耦合机理》文中认为三维机织复合材料具有损伤容限高、结构可设计性强、预成型体可通过经简单改装的传统织机进行低成本制造等优点,已被广泛应用于国计民生工程领域。结构复合材料在服役或维护期间,不可避免受到动态载荷和周围环境的共同作用,三维机织复合材料冲击损伤的细观结构和热力耦合机理是工程设计与应用中亟待研究的关键问题。本研究旨在（1）揭示厚度方向增强纤维在提高机织复合材料冲击分层阻抗中起到的关键作用;（2）研究冲击速度、经向与纬向加载和环境温度对三维角联锁机织复合材料力学响应与损伤的影响;（3）建立有限元模型并结合试验观测结果揭示三维机织复合材料冲击损伤的方向效应和细观结构损伤机理;（4）基于数值计算结果分析三维机织复合材料横向冲击温度效应和热力耦合机理。以期为三维机织复合材料性能评估和结构设计与优化提供理论支撑。本文主要研究内容为:（1）利用高速摄像机和霍普金森杆装置观测平纹层合板和三维角联锁机织复合材料横向冲击性能,得到位移-时间和载荷-位移曲线以及瞬态变形破坏过程;（2）测试室温下不同冲击速度（6 m/s、9 m/s和12 m/s）以及高温环境下（90℃和130℃）三维角联锁机织复合材料经向与纬向试样的力学响应,得到复合材料损伤特征差异以及冲击位移和载荷变化规律;（3）建立各组分材料的本构方程和失效准则,构建包含纱线断裂、树脂开裂及界面破坏的三维角联锁机织复合材料细观尺度有限元模型,计算复合材料冲击变形以及损伤起始和扩展过程;（4）基于热力耦合算法及环氧树脂和浸脂纤维束热力学性质,依据屈服响应和后向欧拉法计算塑性应变,将非弹性热转化关系引入绝热温升方程,建立高温场下复合材料热力耦合有限元模型,模拟玻璃化温度下三维角联锁机织复合材料横向冲击响应和破坏过程。从试验和有限元分析可以得到以下结论:（1）二维机织层压复合材料在厚度方向缺少增强纤维导致层间断裂韧性低,横向冲击下纤维出现断裂,层间裂纹向试样两端扩展导致严重分层破坏,试样迅速失去承载作用;三维角联锁机织复合材料中贯穿厚度方向上的经纱系统捆绑多层纬纱形成的整体结构起到阻止分层裂纹扩展的作用,赋予机织复合材料更高的冲击损伤容限和分层阻抗;（2）冲击速度、环境温度和纺织结构影响三维机织复合材料横向冲击响应。三维角联锁机织复合材料载荷和位移随冲击速度增加而增大;相同冲击速度下,纬向试样峰值载荷更高,冲击位移和强度衰减程度低于经向试样;基体热机械性能影响高温场下三维机织复合材料力学响应,玻璃化温度下树脂模量急剧下降,冲击加载下出现明显塑性变形,复合材料峰值载荷下降而冲击位移增加;经向试样力学响应对环境温度更敏感,冲击载荷和位移的变化程度大于纬向试样;（3）横向冲击下复合材料损伤形态随冲击速度增加由基体裂纹和纤维束脱粘发展为富脂区碎裂和纤维断裂;经纱在冲击点附近发生屈曲失稳,加速纱线与富树脂区脱粘形成局部宏观分层裂纹,最终经向试样沿经纱发生剪切破坏,纬向试样以纤维束断裂为主,纱线脱粘和树脂碎裂程度低;弯曲波动的经纱相较于伸直的纬纱更容易发生变形和断裂,导致经向试样损伤严重,减少纱线波动可以提高三维机织复合材料抗冲击性能;玻璃化温度下树脂韧性提高导致复合材料由脆性失效转变为塑性失效,树脂碎裂和纤维束脱粘不明显,经向试样局部宏观裂纹消失且经纱断裂更集中,纬向试样中纬纱断裂程度减弱,复合材料损伤容限提高;（4）有限元模拟结果揭示弯曲波动的经纱不利于应力传递,直线段和弯曲段的连接区域形成剪应力集中导致经纱断裂,而纬纱在轴向压缩作用下断裂,纬向试样吸能水平高于经向试样;树脂剪切应力诱导基体开裂和界面损伤,纬向试样中连续富树脂区有利于剪应力分布,在冲击点和支撑点的连接区域出现界面损伤和基体微裂纹,纱线/树脂脱粘随纬纱压缩断裂而同时产生;经向试样中经纱阻止树脂剪应力传播导致经向试样界面损伤和树脂碎裂集中在冲击区域,经纱脱粘先于剪切断裂产生且脱粘面积比纬纱更大。厚度方向的经纱能提高机织复合材料面外性能,但剪切断裂影响试样的承载能力,可以在织物结构中沿经纱方向添加填充纱以提高复合材料经向力学性能;（5）高温环境下三维角联锁机织复合材料的横向冲击瞬态温升主要分布于树脂基体,并随冲击次数的增加而增大。对比经向试样和纬向试样,发现经纱屈曲变形导致冲击点附近富树脂区发生塑性变形,经向试样冲击点处温升面积大于纬向试样,而纬向试样中富树脂区剪应力分布导致冲击点与支撑点连接区域处的温升大于经向试样。经纱瞬态温升沿纱线波动而变化,直线和圆弧段结合部位的剪应力集中以及经、纬纱线相互作用导致纱线断裂和温度突升,而纬纱温升集中在冲击点下方发生压缩断裂的位置;本研究阐明了三维角联锁机织复合材料冲击响应细观结构和热力耦合机理,对冲击加载及高温环境下三维机织复合材料的结构设计与优化提供了理论指导。
刘磊[8]（2020）在《基于纤维增强的船用防护模块抗侵彻性能研究》文中进行了进一步梳理超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料具有轻质高强、抗侵彻性能优异等特点,广泛应用于各类防护装备之中。本文将超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料与金属材料相结合,将金属材料作为外层防护,既可磨蚀弹丸,又可减缓高分子材料的性能衰退;并通过结构优化设计得到了抗侵彻性能良好的船用防护模块。本文首先对船舶防护的背景及意义进行叙述,介绍了防护材料的研究现状及发展;利用万能试验机和霍普金森拉杆装置对船用防护模块所涉及的高强铝合金、无纬布层合板、立体织物复合板等相关组件进行准静态和动态力学性能研究,并基于实验结果拟合了相应的本构方程;然后,对各类船用防护模块组件靶板及船用防护模块进行侵彻响应实验,并在对实验结果进行分析比较的基础上;建立并优化了可兼顾计算精度和效率的侵彻数值模拟方法;基于数值模拟,系统研究了防护模块结构形式、迎弹面板和背弹面板厚度、各构成组件的排布顺序以及无纬布层合板组件的分层界面数等因素对船用防护模块的抗侵彻性能的影响规律;结合实验与数值计算结果,优选了船用防护模块的结构形式,拟合得到了可预测弹道极限的经验公式,以便为生产设计提供参考。主要研究内容及结论如下:（1）利用万能试验机获得了本文船用防护模块中所使用的组件材料力学性能参数,为数值分析提供可靠的参数。（2）基于霍普金森拉杆装置设计纤维材料拉杆试样,通过实验研究超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料的应变率效应,依据应力-应变关系拟合出无纬布层合板与立体织物复合板材料的本构方程。（3）使用7.62mm普通钢芯制式步枪弹,对船舶防护组件靶板与船用防护模块靶板分别进行侵彻实验,研究靶板的侵彻响应及失效模式。（4）使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了各类靶板的侵彻过程及失效形式,并通过实验证明了本文提出的侵彻简化数值模型的准确性和可靠性,并给出了数值模拟的误差范围。（5）由仿真分析防护模块中面板所占比例、无纬布和立体织物组件的排布顺序与无纬布组件的层数三种结构形式的改变,对防护模块抗侵彻性能的影响规律,得到薄铝合金迎弹面、不分层无纬布组件、立体织物组件、厚铝合金背弹面为最优组合形式。（6）通过理论研究与数据拟合,计算防护模块的弹道极限。研究不同靶板结构形式与弹道极限之间的关系,拟合组件厚度与弹道极限之间的经验公式。
蔡雄峰[9]（2020）在《复合材料层合板高速冲击损伤研究》文中研究指明复合材料具有密度小、比强度高、比模量高、抗疲劳和抗腐蚀性能好等优点,在新一代飞机中复合材料已经成为四大航空材料之一。飞机在服役的过程中不可避免的会遭到外来物的撞击,复合材料内部容易产生不易察觉的损伤,如纤维断裂、分层和基体裂纹等损伤,甚至产生严重的结构损伤。本文以玻璃纤维编织复合材料层板为研究对象,研究层合板厚度和混杂效应对防护结构的高速冲击损伤特性的影响规律和转化机理。首先,使用真空热压成型工艺制备出了五种连续厚度的玻璃纤维编织复合材料层板,然后制备出了2 mm厚的含一层304不锈钢网和含三层304不锈钢网的混杂层合板。其次,利用一级轻气炮系统进行冲击实验,使用半球形头弹撞击五种厚度的玻璃纤维编织复合材料层合板。通过高速摄像机记录撞击过程和使用拟合公式计算其弹道极限速度,并通过显微镜分析层合板损伤及其机理特征。研究发现,层合板弹道极限随厚度的增大呈线性增大。较厚板的能量吸收率略大于薄板的能量吸收率。层合板的主要损伤模式为纤维束拉伸断裂与剪切断裂破坏、基体裂纹、破碎和分层损伤。产生分层损伤的原因有两点:一是拉伸应力波在层合板中多次反射造成分层损伤;二是各纤维层变形量不同导致层间基体发生剪切破坏造成分层损伤。较厚板相比较薄板更容易产生大面积的分层损伤。最后,对2 mm厚的玻璃纤维复合材料层合板和含一层、三层304不锈钢网的玻璃纤维/金属网混杂层合板进行高速斜冲击实验。研究发现,加入三层不锈钢网的层合板弹道极限最高,不加的次之,加入一层304不锈钢网的层合板最低。不含304不锈钢网的层合板损伤面积随着速度的增大,呈现出先增大后减小,最后趋于常值的趋势。加入304不锈钢网之后,层合板在被冲击时会造成更大的分层损伤,吸收更多的能量。较低速度斜冲击时,层合板抗变形能力较弱,产生韧性破坏,主要损伤模式为基体裂纹、基体破碎、分层、纤维拉伸断裂和金属丝拉伸断裂。速度远大于弹道极限时,层合板受到应变率强化作用的影响,层合板抗变形能力增强,产生脆性破坏,主要损伤模式为基体裂纹、基体破碎、分层、纤维剪切断裂和金属丝剪切断裂。
张晓锋[10]（2020）在《界面性能对柔性防护结构吸能的影响研究》文中研究说明超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight Polyethylene,简称UHMWPE）纤维是继碳纤维和芳纶纤维之后的第三代高强度、高弹性模量、高性能的纤维,由UHMWPE纤维织成的平纹织物已被广泛地用于轻质柔性冲击防护系统中,设计更轻、更有效的冲击防护结构是近年来的热门研究课题。影响高强度织物结构吸收冲击能量的因素很多,存在于纱线之间和弹体与织物之间的摩擦等界面性能是决定织物结构吸收冲击能量能力的重要因素。为探究界面性能对平纹织物吸能效果的影响,为设计高水平柔性防护结构,本文进行了以下工作:（1）在MTS材料试验机上开展UHMWPE、Kevlar纱线的拉伸试验,得到单束UHMWPE、Kevlar纱线的初始弹性模量、失效应力和失效应变;对UHMWPE、Kevlar平纹织物开展织物拉拔试验,间接获得Kevlar纱线间的摩擦系数,摩擦系数值在0.05-0.08之间,平纹织物拉拔试验时,无论是何种纱线,越大的拉拔速率使得纱线拔出力的极限荷载越大。（2）基于纱线的微观形貌建立平纹织物的细观模型,通过ABAQUS有限元分析软件,建立纱线层级的有限元模型,采用正交各向异性材料模型定义材料本构关系,最大拉应力准则定义纱线失效,通过模拟结果与试验结果相对比,验证平纹织物高速冲击模拟的准确性。（3）进行不同界面性能下冲击UHMWPE平纹织物的数值模拟,结果表明,摩擦损耗能不是主要的吸能机制,纱线动能和纱线势能是主要的吸能机制。弹体冲击纯UHMWPE平纹织物时,纱线-纱线间摩擦使得织物吸收能量增大,但当纱线-纱线间摩擦超过0.1时,织物能量吸收能力反而减弱,即界面摩擦存在临界值;冲击粘性UHMWPE平纹织物时,纱线-纱线间摩擦不存在临界值,推测是纱线间的粘性相当于纱线间摩擦的作用,粘性平纹织物相当于在初始阶段就给纱线间施以较大摩擦。（4）进行不同界面性能下冲击混编平纹织物、Kevlar平纹织物的数值模拟,结果表明,不同材料纤维织成的平纹织物吸能效果相差较大,相同弹体-织物间摩擦、纱线-纱线间摩擦情况下,Kevlar平纹织物吸能效果为UHMWPE平纹织物吸能效果的42%-54%,混编平纹织物吸能效果为UHMWPE平纹织物吸能效果的53%-63%。（5）进行单层平纹织物加固H型钢的数值模拟分析,探究平纹织物加固H型钢的防护效果,为工程上的运用提供参考。本文的研究为UHMWPE平纹织物在轻质柔性防护结构中应用提供了分析手段,为进一步研究或开发UHMWPE防护结构提供有益的参考与技术储备,以期在野战工事及防护工程的关键部位有广泛的应用。
二、织物弹道贯穿性能分析计算（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、织物弹道贯穿性能分析计算（论文提纲范文）
（1）陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的设计制备及弹道侵彻性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 防弹材料概述 |
| 1.2.1 陶瓷防弹材料 |
| 1.2.2 UHMWPE纤维防弹材料 |
| 1.2.3 陶瓷/UHMWPE纤维防弹复合材料 |
| 1.3 防弹材料防护机理研究 |
| 1.3.1 防弹性能评价指标 |
| 1.3.2 弹道防护机理研究 |
| 1.3.3 弹道侵彻数值模拟研究 |
| 1.4 课题主要研究内容及创新点 |
| 1.4.1 本课题的研究内容 |
| 1.4.2 本课题的创新点 |
| 第二章 陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的设计与制备 |
| 2.1 陶瓷/UHMWPE纤维复合材料及结构设计 |
| 2.1.1 陶瓷单元结构设计及有限元分析 |
| 2.1.2 陶瓷材料的选择及表面处理 |
| 2.1.3 UHMWPE背板结构设计 |
| 2.1.4 陶瓷层树脂基体材料的选择 |
| 2.2 陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的制备 |
| 2.2.1 陶瓷层的制备工艺 |
| 2.2.2 UHMWPE纤维背板的制备工艺 |
| 2.2.3 陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的成型工艺 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的弹道侵彻实验与分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 柔曲性能评价 |
| 3.2.1 实验方案 |
| 3.2.2 实验装置及方法 |
| 3.2.3 弯曲实验结果与分析 |
| 3.3 弹道侵彻性能研究 |
| 3.3.1 实验方案 |
| 3.3.2 实验装置及方法 |
| 3.3.3 弹道侵彻实验结果与分析 |
| 3.4 陶瓷/UHMWPE纤维复合材料损伤表征及机理分析 |
| 3.4.1 基于Micro-CT表征分析原理及实验方案 |
| 3.4.2 不同二维截面形貌表征及损伤分析 |
| 3.4.3 弹孔截面形貌表征及损伤分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的弹道侵彻模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料模型的选取 |
| 4.2.1 陶瓷模型选取及参数 |
| 4.2.2 子弹模型选取及参数 |
| 4.2.3 纤维模型选取及参数 |
| 4.3 几何模型及前处理 |
| 4.3.1 几何模型构建 |
| 4.3.2 模型前处理 |
| 4.4 数值模拟结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
（2）多层三维织物及其增强复合材料防弹性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 引言 |
| 第1章 文献综述 |
| 1.1 弹道冲击概述 |
| 1.1.1 弹道冲击失效机理 |
| 1.1.2 弹道冲击机理的研究方法 |
| 1.1.3 弹道防护性能的评价标准与指标 |
| 1.2 柔性防弹织物 |
| 1.2.1 高性能纤维材料 |
| 1.2.2 织物组织结构 |
| 1.3 硬质防弹复合材料 |
| 1.3.1 树脂基体材料 |
| 1.3.2 层间混杂复合材料 |
| 1.3.3 复合材料成型工艺 |
| 1.4 课题研究内容及意义 |
| 第2章 厚向接结方式对芳纶织物弹道性能的影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 织物结构设计 |
| 2.2.2 建立子弹-织物模型 |
| 2.2.3 模型验证 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 弹丸速度变化 |
| 2.3.2 织物的能量吸收 |
| 2.3.3 织物维度差异对弹道性能的影响 |
| 2.3.4 Z纱接结深度对弹道性能的影响 |
| 2.3.5 衬垫经纱层数对弹道性能的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 多层芳纶织物增强复合材料的结构混杂设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 混杂织物结构设计 |
| 3.2.2 混杂复合材料的设计与制备 |
| 3.2.3 弹道实验 |
| 3.2.4 V50 的评定方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 织物结构对混杂靶板弹道性能的影响 |
| 3.3.2 铺层顺序对混杂靶板弹道性能的影响 |
| 3.3.3 结构混杂复合材料的破坏形式 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录1 复合材料的层间混杂方案及弹道极限值 |
| 附录2 弹道实验结果 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利 |
| 致谢 |
（3）小尺寸破片对单兵防护装备的侵彻性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 试验研究 |
| 1.2.2 理论研究 |
| 1.2.3 数值研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2.试验研究 |
| 2.1 试验布置 |
| 2.2 钨球侵彻防弹头盔试验 |
| 2.2.1 试验结果及分析 |
| 2.3 钨球侵彻防弹衣加松木靶试验 |
| 2.3.1 试验结果及分析 |
| 2.4 钨球侵彻8mm厚LY-12 硬铝靶试验 |
| 2.4.1 试验结果及分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3.有限元计算模型的建立 |
| 3.1 有限元基本理论 |
| 3.2 LS-DYNA软件介绍 |
| 3.3 显式和隐式求解算法 |
| 3.3.1 显式求解算法 |
| 3.3.2 隐示求解算法 |
| 3.4 单元类型 |
| 3.5 有限元模型 |
| 3.5.1 钨球侵彻防弹衣加松木靶的有限元模型 |
| 3.5.2 钨球侵彻8mm厚LY-12 硬铝靶的有限元模型 |
| 3.6 材料模型 |
| 3.6.1 钨球材料模型及参数 |
| 3.6.2 防弹衣材料模型及参数 |
| 3.6.3 松木靶材料模型及参数 |
| 3.6.4 LY-12 硬铝靶材料模型及参数 |
| 3.7 定义接触 |
| 3.8 沙漏控制 |
| 3.9 其他设置 |
| 3.9.1 边界条件、初始载荷设置 |
| 3.9.2 时间步长设置 |
| 3.10 本章小结 |
| 4.数值模拟研究 |
| 4.1 钨球侵彻防弹衣加松木靶 |
| 4.1.1 基于试验的有限元计算模型的验证 |
| 4.1.2 侵彻过程及损伤破坏机理分析 |
| 4.1.3 防弹衣厚度变化对侵彻性能的影响 |
| 4.1.3.1 厚度变化对弹道极限的影响 |
| 4.1.3.2 厚度变化对靶板吸能的影响 |
| 4.1.4 钨球质量变化对侵彻性能的影响 |
| 4.1.4.1 质量变化对弹道极限的影响 |
| 4.1.4.2 质量变化对靶板吸能的影响 |
| 4.2 钨球侵彻LY-12 硬铝靶 |
| 4.2.1 基于试验的有限元计算模型的验证 |
| 4.2.2 等效原则 |
| 4.2.3 等效靶厚度的确定 |
| 4.2.4 等效靶厚度的验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 5.量纲分析 |
| 5.1 Π定理 |
| 5.2 相似律 |
| 5.3 钨球穿靶能量公式的建立 |
| 5.4 钨球弹道极限公式的推导 |
| 5.5 本章小结 |
| 6.总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作创新点 |
| 6.3 工作不足及展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（4）碳/玻单向经编混杂复合材料抗冲击性能及损伤机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 混杂纤维复合材料的特点与应用 |
| 1.2.2 混杂纤维复合材料低速冲击性能研究进展 |
| 1.2.3 混杂纤维复合材料高速冲击性能研究进展 |
| 1.3 有限元仿真在冲击损伤研究中的应用 |
| 1.3.1 低速冲击仿真研究进展 |
| 1.3.2 高速冲击仿真研究进展 |
| 1.4 无损检测技术在表征复合材料损伤中的应用 |
| 1.5 课题研究内容及创新点 |
| 1.5.1 研究内容 |
| 1.5.2 创新点 |
| 第二章 层内碳/玻混杂复合材料抗冲击性能研究 |
| 2.1 试样制备与冲击实验 |
| 2.1.1 实验材料与制备 |
| 2.1.2 低速冲击与准静态压痕实验 |
| 2.1.3 高速冲击实验 |
| 2.1.4 无损检测设备 |
| 2.2 低速冲击性能分析 |
| 2.2.1 混杂结构对低速冲击性能影响 |
| 2.2.2 混杂比对低速冲击性能影响 |
| 2.3 高速冲击性能分析 |
| 2.3.1 高速冲击测试结果 |
| 2.3.2 高速冲击侵彻过程分析 |
| 2.3.3 高速冲击损伤模式分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 层间碳/玻混杂复合材料抗冲击性能及混杂协同效应研究 |
| 3.1 试样制备与冲击实验 |
| 3.1.1 实验材料与制备 |
| 3.1.2 冲击实验与无损检测设备 |
| 3.2 低速冲击性能分析 |
| 3.2.1 低速冲击测试结果 |
| 3.2.2 低速冲击损伤模式分析 |
| 3.3 高速冲击结果分析 |
| 3.3.1 高速冲击测试结果 |
| 3.3.2 高速冲击侵彻过程分析 |
| 3.3.3 高速冲击损伤模式分析 |
| 3.4 冲击载荷下层间/层内混杂协同效应研究 |
| 3.4.1 冲击损伤特性分析 |
| 3.4.2 冲击损伤模式分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 碳/玻混杂复合材料冲击损伤仿真建模 |
| 4.1 混杂复合材料冲击模型研究现状 |
| 4.1.1 宏观模型研究现状 |
| 4.1.2 介观模型研究现状 |
| 4.1.3 基于连续介质损伤力学的复合材料损伤模型 |
| 4.1.4 复合材料分层损伤模型 |
| 4.2 层间混杂复合材料宏观结构建模 |
| 4.2.1 低速冲击模型 |
| 4.2.2 高速冲击模型 |
| 4.3 层内混杂复合材料介观结构建模 |
| 4.3.1 纤维束单胞模型 |
| 4.3.2 低速冲击模型 |
| 4.3.3 高速冲击模型 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 碳/玻混杂复合材料冲击仿真结果分析 |
| 5.1 低速冲击仿真结果分析 |
| 5.1.1 层间混杂复合材料仿真结果分析 |
| 5.1.2 层内混杂复合材料仿真结果分析 |
| 5.2 高速冲击仿真结果分析 |
| 5.2.1 层间混杂复合材料仿真结果分析 |
| 5.2.2 层内混杂复合材料仿真结果分析 |
| 5.3 混杂协同效应机理分析 |
| 5.3.1 冲击速度对混杂协同效应的影响 |
| 5.3.2 混杂结构对混杂协同效应的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间论文发表情况 |
| 致谢 |
（5）高速冲击下三维机织复合材料宏细观建模方法研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 三维机织复合材料概述 |
| 1.3 复合材料动态力学性能研究进展 |
| 1.3.1 树脂和三维纺织复合材料的应变率效应研究 |
| 1.3.2 抗冲击性能试验研究 |
| 1.4 复合材料多尺度建模方法研究进展 |
| 1.4.1 微观尺度分析 |
| 1.4.2 细观建模方法 |
| 1.4.3 宏观建模方法 |
| 1.4.4 复合材料的损伤和失效模型 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 2 材料的准静态和动态力学性能表征 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 材料制备 |
| 2.3 材料准静态拉伸/压缩/剪切试验 |
| 2.3.1 树脂材料准静态拉伸/压缩/剪切试验 |
| 2.3.2 复合材料准静态拉伸/压缩/剪切试验 |
| 2.4 材料动态拉伸/压缩试验 |
| 2.4.1 试验原理 |
| 2.4.2 试样设计和拉伸夹具设计 |
| 2.4.3 试验结果 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 三维机织复合材料多尺度建模方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微观尺度模型表征纱线力学性能 |
| 3.2.1 材料组分 |
| 3.2.2 树脂的应变率模型 |
| 3.2.3 微观尺度表征结果 |
| 3.3 细观尺度建模方法 |
| 3.3.1 几何模型建立和网格划分 |
| 3.3.2 材料模型 |
| 3.3.3 材料模型中强度的修正 |
| 3.3.4 界面模型 |
| 3.4 宏观尺度连续介质模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 三维机织复合材料宏细观建模方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 宏细观建模方法的实现 |
| 4.2.1 基本原理和假设 |
| 4.2.2 实现步骤和一些注意点 |
| 4.2.3 界面分析简单验证 |
| 4.3 宏细观建模方法验证 |
| 4.4 复合材料的自由边效应 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 宏细观建模方法在三维机织复合材料高速冲击损伤研究中的应用 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 直线打靶试验和数值仿真分析 |
| 5.2.1 试验介绍 |
| 5.2.2 有限元模型 |
| 5.2.3 能量分析和面外变形分析 |
| 5.2.4 复合材料损伤分析 |
| 5.3 旋转打靶试验和数值仿真分析 |
| 5.3.1 试验介绍 |
| 5.3.2 有限元模型 |
| 5.3.3 能量分析和面外变形分析 |
| 5.3.4 复合材料损伤分析 |
| 5.4 分析讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（7）三维角联锁机织复合材料冲击变形损伤的细观结构和热力耦合机理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 三维机织复合材料力学性能 |
| 1.2.1 准静态加载 |
| 1.2.2 冲击加载 |
| 1.3 机织复合材料力学性能温度效应 |
| 1.4 研究内容及目标 |
| 1.5 研究创新点 |
| 1.6 章节安排 |
| 第二章 机织复合材料制备和冲击试验表征 |
| 2.1 纤维/基体材料 |
| 2.2 纺织结构预成型体 |
| 2.3 复合材料试件制备 |
| 2.4 环氧树脂和复合材料热机械性能 |
| 2.5 霍普金森杆横向冲击测试 |
| 2.6 机织层压复合材料冲击响应 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 三维机织复合材料横向冲击细观尺度有限元建模 |
| 3.1 几何模型 |
| 3.1.1 机织预成型体拓扑结构 |
| 3.1.2 复合材料细观尺度模型 |
| 3.2 材料本构 |
| 3.2.1 树脂基体弹塑性模型 |
| 3.2.2 浸脂纤维束本构模型 |
| 3.2.3 界面内聚力本构模型 |
| 3.3 破坏准则 |
| 3.3.1 树脂基体 |
| 3.3.2 浸脂纱线 |
| 3.3.3 材料界面 |
| 3.4 有限元建模 |
| 3.4.1 边界条件 |
| 3.4.2 接触条件 |
| 3.4.3 网格划分 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 三维机织复合材料渐进损伤过程和层间增强机理 |
| 4.1 瞬态变形过程 |
| 4.2 位移和载荷曲线 |
| 4.3 复合材料层间增强机理 |
| 4.3.1 应力分布 |
| 4.3.2 界面损伤及扩展 |
| 4.3.3 能量吸收 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 三维机织复合材料横向冲击变形损伤方向效应 |
| 5.1 经/纬向试样冲击响应差异 |
| 5.1.1 冲击变形过程 |
| 5.1.2 载荷和位移曲线 |
| 5.1.3 破坏形态 |
| 5.2 经/纬向细观结构损伤机理 |
| 5.2.1 经/纬纱线应力传递与分布 |
| 5.2.2 经/纬纱线断裂机理 |
| 5.2.3 能量吸收 |
| 5.3 经/纬向试样界面损伤差异及机理 |
| 5.3.1 界面损伤破坏对比 |
| 5.3.2 界面损伤破坏机理 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 三维机织复合材料冲击性能温度效应 |
| 6.1 试验设备 |
| 6.2 温度对环氧树脂冲击性能影响 |
| 6.2.1 冲击过程 |
| 6.2.2 应力-应变曲线 |
| 6.3 高温环境下三维机织复合材料冲击响应 |
| 6.3.1 经向试样 |
| 6.3.2 纬向试样 |
| 6.3.3 破坏形态 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 三维机织复合材料热力耦合有限元分析 |
| 7.1 细观尺度热力耦合有限元模型 |
| 7.1.1 热力耦合有限元算法 |
| 7.1.2 纱线热力学性质 |
| 7.1.3 材料失效准则 |
| 7.1.4 热力耦合有限元模型 |
| 7.2 复合材料冲击性能和变形过程 |
| 7.2.1 位移和载荷曲线 |
| 7.2.2 变形过程 |
| 7.3 高温环境下纱线断裂机理 |
| 7.4 瞬态温升和热力耦合 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 8.1 主要结论 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
| 致谢 |
（8）基于纤维增强的船用防护模块抗侵彻性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 绪论 |
| 1.1 研究的背景、研究目的与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 材料本构关系研究 |
| 1.2.2 相关材料的静动态力学性能的研究 |
| 1.2.3 复合装甲的研究 |
| 1.3 本文研究的主要内容 |
| 1.4 本文创新点 |
| 第2章 防护模块构成材料的静态力学性能实验研究 |
| 2.1 高强铝合金静态力学性能的研究 |
| 2.1.1 铝合金材料拉伸试样设计 |
| 2.1.2 铝合金准静态拉伸实验过程 |
| 2.1.3 铝合金准静态拉伸实验结果及分析 |
| 2.2 UHMWPE无纬布层合板的准静态力学性能研究 |
| 2.2.1 无纬布层合板拉伸试样的设计与制备 |
| 2.2.2 无纬布层合板静态抗拉实验及失效分析 |
| 2.2.3 无纬布层合板弹性模量测定 |
| 2.2.4 无纬布层合板泊松比测定 |
| 2.2.5 无纬布层合板层间剪切实验研究 |
| 2.3 UHWMPE立体织物复合板静态力学性能实验及失效分析 |
| 2.3.1 立体织物复合板拉伸实验研究 |
| 2.3.2 立体织物复合板的泊松比测定 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 UHMWPE纤维增强复合材料动态力学性能实验研究 |
| 3.1 霍普金森拉杆实验系统 |
| 3.2 UHMWPE无纬布层合板动态力学性能研究 |
| 3.2.1 无纬布层合板动态拉伸试样及实验工装的设计与制备 |
| 3.2.2 无纬布层合板动态拉伸实验 |
| 3.2.3 无纬布层合板霍普金森拉杆实验数据处理 |
| 3.2.4 UHMWPE无纬布层合板的动态拉伸本构方程的构建 |
| 3.2.4.1 无纬布层合板基本材料模型的选取 |
| 3.2.4.2 无纬布层合板本构方程拟合 |
| 3.3 UHMWPE三维织物复合板动态力学性能研究 |
| 3.3.1 立体织物复合板霍普金森拉杆实验过程 |
| 3.3.2 立体织物复合板霍普金森拉杆实验数据处理 |
| 3.3.3 立体织物复合板本构方程拟合 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 船用防护模块抗侵彻性能的实验研究及失效分析 |
| 4.1 侵彻实验与抗性能评价方法 |
| 4.1.1 侵彻的定义与影响因素 |
| 4.1.2 侵彻实验装置及实验过程 |
| 4.1.3 靶板的失效形式与抗侵彻性能评价方法 |
| 4.2 船舶防护模块组件的侵彻实验研究 |
| 4.2.1 实验靶板试样的设计与制备 |
| 4.2.2 铝合金板侵彻实验 |
| 4.2.2.1 铝合金靶板侵彻响应与失效形式 |
| 4.2.3 无纬布层合板侵彻实验 |
| 4.2.3.1 无纬布层合板侵彻响应与失效分析 |
| 4.2.4 UHWMPE立体织物复合板侵彻实验 |
| 4.2.4.1 立体织物复合板侵彻响应与失效形式 |
| 4.3 不同种类组件的抗侵彻性能对比分析 |
| 4.3.1 无纬布层合板与立体织物复合板的抗侵彻性能对比分析 |
| 4.3.2 UHWMPE纤维增强复合材料与铝合金抗侵彻性能的对比分析 |
| 4.4 船舶防护模块结构形式对抗侵彻性能的影响实验 |
| 4.4.1 防护模块靶板侵彻实验方案 |
| 4.4.2 单一芯材防护模块靶板侵彻响应与失效分析 |
| 4.4.3 多芯材防护模块靶板侵彻响应与失效分析 |
| 4.4.4 防护模块内部结构形式对抗侵彻性能的影响 |
| 4.5 防护模块靶板与组件靶板的侵彻失效形式对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 船用防护模块侵彻响应的数值模拟方法研究 |
| 5.1 侵彻实验的数值模型建立 |
| 5.1.1 有限元软件LS-DYNA 简介 |
| 5.1.2 靶板侵彻数值模型的建立 |
| 5.2 铝合金板侵彻数值模拟方法的验证分析 |
| 5.3 无纬布层合板侵彻的宏观等效建模方法及其验证分析 |
| 5.3.1 宏观等效建模建模方法及误差分析 |
| 5.3.2 宏观等效建模建模方法的对比与验证 |
| 5.4 UHWMPE立体织物复合板侵彻的宏观等效建模方法及其验证分析 |
| 5.5 防护模块侵彻实验数值模拟方法的验证分析 |
| 5.5.1 单一芯材防护模块靶板侵彻实验数值模拟方法的验证分析 |
| 5.5.2 多芯材防护模块靶板侵彻实验数值模拟的对比分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 船用防护模块结构形式优选及抗侵彻性能研究 |
| 6.1 船用防护模块结构形式对抗侵彻性能影响的研究 |
| 6.1.1 船用防护模块结构形式对抗侵彻性能影响的主要研究内容 |
| 6.1.2 迎弹面与背弹面厚度对船用防护模块抗侵彻性能的影响 |
| 6.1.3 无纬布分层界面数量对船用防护模块抗侵彻性能的影响 |
| 6.1.4 组件排列顺序对防护模块抗侵彻性能的影响 |
| 6.1.5 船用防护模块组件组合规律分析 |
| 6.2 船用防护模块结构形式优选 |
| 6.2.1 船用防护模块弹道极限理论计算 |
| 6.2.2 船用防护模块弹道极限预测模型及设计指导 |
| 6.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 1 本文主要工作 |
| 2 本文主要结论 |
| 3 进一步研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
（9）复合材料层合板高速冲击损伤研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 层合板厚度 |
| 1.2.2 复合材料混杂层合板 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 玻璃纤维编织复合材料层合板的制作 |
| 2.1 玻璃纤维增强树脂基复合材料 |
| 2.1.1 玻璃纤维简介 |
| 2.1.2 玻璃纤维增强树脂基复合材料 |
| 2.2 复合材料成型方法介绍 |
| 2.2.1 手工成型 |
| 2.2.2 SMC压缩成型 |
| 2.2.3 真空热压成型 |
| 2.2.4 树脂转注 |
| 2.2.5 连续缠绕成型 |
| 2.3 玻璃纤维编织复合材料层板成型工艺流程 |
| 2.3.1 仪器及设备 |
| 2.3.2 原材料 |
| 2.3.3 设计铺层 |
| 2.3.4 裁剪铺贴 |
| 2.3.5 热压 |
| 2.3.6 脱模 |
| 2.3.7 切边 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 厚度对玻璃纤维编织复合材料层合板抗弹体正冲击影响的实验研究 |
| 3.1 实验系统与方法 |
| 3.1.1 实验设备 |
| 3.1.2 实验材料 |
| 3.1.3 实验弹体 |
| 3.2 实验结果 |
| 3.2.1 厚度与弹道极限的关系 |
| 3.2.2 厚度与能量吸收的关系 |
| 3.2.3 不同厚度层合板冲击损伤模式分析 |
| 3.2.4 不同厚度层合板横断面损伤模式分析 |
| 3.2.5 不同厚度层合板损伤面积分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 玻璃纤维/金属网混杂层合板的高速冲击实验研究 |
| 4.1 实验设置 |
| 4.1.1 实验设备 |
| 4.1.2 实验弹体 |
| 4.1.3 实验试件 |
| 4.2 实验结果 |
| 4.2.1 层合板弹道极限 |
| 4.2.2 层合板能量吸收特性 |
| 4.2.3 层合板损伤特性分析 |
| 4.2.4 层合板损伤面积 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文主要完成的工作 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（10）界面性能对柔性防护结构吸能的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 织物弹道冲击研究现状 |
| 1.2.2 准静态纱线拉伸、织物拉拔性能研究现状 |
| 1.2.3 超高分子量纤维混凝土的研究现状 |
| 1.2.4 界面性能对织物防护结构的影响研究现状 |
| 1.3 主要研究目的与内容 |
| 第二章 纱线力学性能试验 |
| 2.1 准静态拉伸试验 |
| 2.1.1 试验材料 |
| 2.1.2 试验方法及步骤 |
| 2.1.3 试验结果分析 |
| 2.2 织物纱线拉拔试验 |
| 2.2.1 试验材料的制备 |
| 2.2.2 试验方法及步骤 |
| 2.2.3 试验结果分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 冲击平纹织物有限元仿真方法 |
| 3.1 弹体有限元模型 |
| 3.2 平纹织物细观建模 |
| 3.2.1 纱线细观模型 |
| 3.2.2 纱线的正交各向异性材料模型 |
| 3.3 数值模拟方法验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 界面性能在冲击平纹织物的作用机理 |
| 4.1 弹体冲击平纹织物有限元模型 |
| 4.2 半球头弹体冲击平纹织物的动态响应 |
| 4.2.1 平纹织物变形特性及应力特性 |
| 4.2.2 平纹织物能量吸收特性 |
| 4.3 界面摩擦对弹体冲击平纹织物的影响 |
| 4.3.1 弹体-织物间摩擦对平纹织物动态响应的影响 |
| 4.3.2 纱线间摩擦对平纹织物动态响应的影响 |
| 4.3.3 界面摩擦联合作用对平纹织物动态响应的影响 |
| 4.4 界面粘性对弹体冲击平纹织物的影响 |
| 4.4.1 粘性平纹织物变形特性及应力特性 |
| 4.4.2 粘性平纹织物能量吸收特性 |
| 4.4.3 界面摩擦对粘性平纹织物吸能效果的影响 |
| 4.5 本章小节 |
| 第五章 界面性能在冲击混编平纹织物的作用机理 |
| 5.1 弹体冲击混编平纹织物有限元模型 |
| 5.2 半球头弹体冲击混编平纹织物的动态响应 |
| 5.2.1 混编平纹织物变形特性及应力特性 |
| 5.2.2 混编平纹织物能量吸收特性 |
| 5.3 界面性能对冲击混编平纹织物的影响 |
| 5.4 Kevlar、UHMWPE、混编平纹织物能量吸收对比 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 织物对H型钢的防护加固研究 |
| 6.1 织物加固H型钢模型 |
| 6.2 单层平纹织物背衬H型钢加固分析 |
| 6.2.1 单层平纹织物加固H型钢 |
| 6.2.2 冲击速度对单层平纹织物加固H型钢的影响 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
四、织物弹道贯穿性能分析计算（论文参考文献）
- [1]陶瓷/UHMWPE纤维复合材料的设计制备及弹道侵彻性能研究[D]. 李深. 江南大学, 2021(01)
- [2]多层三维织物及其增强复合材料防弹性能的研究[D]. 杨莹雪. 北京服装学院, 2021(12)
- [3]小尺寸破片对单兵防护装备的侵彻性能研究[D]. 唐昌州. 中北大学, 2021(09)
- [4]碳/玻单向经编混杂复合材料抗冲击性能及损伤机理研究[D]. 张辰. 东华大学, 2021(01)
- [5]高速冲击下三维机织复合材料宏细观建模方法研究[D]. 胡燕琪. 浙江大学, 2021(06)
- [6]弹道防护用先进复合材料弹道响应的研究进展[J]. 何业茂,焦亚男,周庆,陈利. 复合材料学报, 2021(05)
- [7]三维角联锁机织复合材料冲击变形损伤的细观结构和热力耦合机理[D]. 任春雷. 东华大学, 2020
- [8]基于纤维增强的船用防护模块抗侵彻性能研究[D]. 刘磊. 江苏科技大学, 2020(03)
- [9]复合材料层合板高速冲击损伤研究[D]. 蔡雄峰. 中国民航大学, 2020(01)
- [10]界面性能对柔性防护结构吸能的影响研究[D]. 张晓锋. 江苏科技大学, 2020(03)