基于LS-、DYNA的彈丸入射單層Twaron織物的仿真研究.pdf

1、當(dāng)前，彈丸入射防彈衣的研究有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)這一過(guò)程的研究在認(rèn)識(shí)防彈衣破壞機(jī)理，材料的失效過(guò)程與方式，新型編織方式的改進(jìn)等方面都有著重要的參考意義。但是彈丸入射防彈衣的過(guò)程非常短暫，是一個(gè)包含材料非線性、幾何大變形、高應(yīng)變率等問(wèn)題的過(guò)程。涉及的變形、應(yīng)力、速度、能量等變量隨時(shí)間的變化規(guī)律難以在實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確獲得。目前，數(shù)值仿真計(jì)算已成為研究此類瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的重要手段。
　　長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于防彈衣模型往往只是采用簡(jiǎn)單的平面單元進(jìn)行建模仿

2、真，防彈衣所使用的高聚合芳綸類纖維材料的粘彈性往往被忽視，纖維材料的本構(gòu)模型缺少認(rèn)識(shí)，彈丸與織物的接觸過(guò)程中，材料的微觀破壞機(jī)理及其過(guò)程的研究極其缺乏，這些都造成了仿真研究的精度不準(zhǔn)確。為了滿足工程的需要，必須試圖解決和克服上述的困難。
　　本文在研究了大量有關(guān)復(fù)合式防彈衣材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和有限元建模方式的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上。通過(guò)對(duì)單層Twaron材料在彈丸沖擊下彈體速度、動(dòng)能隨時(shí)間的變化，沖擊節(jié)點(diǎn)最大位移，以及單層Twaron材料Von

3、Mises等效應(yīng)力變化進(jìn)行了較為詳細(xì)研究，通過(guò)Lambert-Jonas方程，研究了不同的防彈衣建模方式情況下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和彈丸的臨界速度，比較了這兩種建模方式的優(yōu)缺點(diǎn)，以及提出了一種優(yōu)化的復(fù)合建模仿真方式。本文研究的主要內(nèi)容有:
　　(1)對(duì)復(fù)合式防彈衣材料的發(fā)展歷程、防彈機(jī)理，Twaron材料的本構(gòu)模型、動(dòng)力學(xué)特性做了較為詳盡的論述，應(yīng)用HyperWorks有限元分析軟件，建立了傳統(tǒng)二維平面殼單元和三維平紡式編織型殼單元防彈衣

4、的有限元模型，包括網(wǎng)格劃分、接觸連接處理和載荷及邊界條件施加?；贚S-DYNA平臺(tái)，數(shù)值仿真分別得到臨界速度并與物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以及闡述了織物破壞的微觀過(guò)程與機(jī)理。
　　(2)比較分析兩種不同的建模方法，提出了Twaron織物的十字交叉復(fù)合殼單元建模的方法，該方法既較為真實(shí)地模擬了織物的破壞機(jī)理，又節(jié)約了計(jì)算時(shí)間保證了數(shù)值的精確度，為以后其它相關(guān)問(wèn)題的研究提供一定的參考和理論基礎(chǔ)。
　　(3)在平紡織物的仿真分析基礎(chǔ)