三維編織復(fù)合材料彈道侵徹破壞—準(zhǔn)細(xì)觀層次精細(xì)化模型和有限元計(jì)算.pdf

1、摘要:三維編織復(fù)合材料相比于層合復(fù)合材料有較高的層間剪切強(qiáng)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(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,在彈道防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究目前處于探索階段.有關(guān)彈體對(duì)三維編織復(fù)合材料靶體侵徹過程和損傷機(jī)理的研究對(duì)防彈復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義和理論價(jià)值.該文主要在考察三維編織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,用三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的"纖維傾斜模型"的基本思想在準(zhǔn)細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次上分解三維編織復(fù)合材料,然后建立與三維編

2、織復(fù)合材料具有相同纖維體積含量的單向板細(xì)觀模型.用動(dòng)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(jì)算結(jié)果與彈道測(cè)試結(jié)果的比較證明在三維編織復(fù)合材料準(zhǔn)細(xì)觀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方案基礎(chǔ)上的精細(xì)模型計(jì)算三維編織復(fù)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(jī)理.主要結(jié)論有:(1)基于三維編織復(fù)合材料的真實(shí)結(jié)構(gòu),在準(zhǔn)細(xì)觀層次上建立精細(xì)化彈道沖擊有限元模型.在計(jì)算機(jī)計(jì)算性能允許的范圍內(nèi),

3、使復(fù)合材料模型的結(jié)構(gòu)最大限度地和其真實(shí)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(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,說明基于復(fù)合材料真實(shí)結(jié)構(gòu)的有限元模型準(zhǔn)確有效地模擬了三維編織復(fù)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(jì)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(jī)理;(4)對(duì)基于連續(xù)介質(zhì)的靶板模型和該文的精細(xì)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較