彈丸正撞擊下纖維增強樹脂基層合板破壞模式的理論和數(shù)值研究.pdf

1、隨著材料科學，結(jié)構(gòu)沖擊和防護工程技術(shù)的發(fā)展，纖維增強樹脂基復合材料層合板在航空、航天、海洋、交通、化工、核工業(yè)以及國防等諸多領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。由于層合板結(jié)構(gòu)及材料特性的復雜性，其彈道沖擊過程十分復雜，影響因素也較多，包括靶板的幾何尺寸，結(jié)構(gòu)形式，材料力學特性以及彈丸形狀，彈丸入射速度等等。因此，使用單一的研究手段，不管是實驗的，理論的還是數(shù)值的，來建立簡化理論模型都顯得尤為困難。本文采用實驗、工程近似理論分析模型和數(shù)值計算相結(jié)合

2、的方法，較系統(tǒng)地研究了彈丸侵徹纖維增強樹脂基復合材料層合板的問題。 首先開展了玻璃纖維增強樹脂基層合板(GRRP)的準靜態(tài)侵徹實驗，從實測的侵徹載荷-位移曲線和層合板的破壞形貌出發(fā)，探討了平頭彈侵徹不同厚度層合板時的破壞模式以及層合板的抗侵徹特性。在實驗研究的基礎(chǔ)上，針對平頭彈侵徹較薄靶板的特點，提出了一個考慮整體變形破壞模式的簡化準靜態(tài)力學模型，并提出了一個等效應(yīng)變破壞準則，該準則同時考慮橫向剪切和拉伸(彎曲)對破壞的影響。在

3、分析彈道沖擊下復合材料的變形特點和吸能機制的基礎(chǔ)上，從能量平衡原理出發(fā)，引入動態(tài)增強因子的概念，建立了預(yù)測薄板在平頭彈丸撞擊下彈道極限的計算公式，模型預(yù)測與實驗結(jié)果的比較驗證了模型的合理性。 其次，研究了不同彈頭形狀的彈丸撞擊下FRP層合板的侵徹和穿透性能，假定靶板只發(fā)生局部變形，改進了Wen有關(guān)侵徹力的半經(jīng)驗公式，動阻力部分認為侵徹阻力不再是一個常數(shù)，而是侵徹速度的函數(shù)，結(jié)合運動方程給出了不同彈頭形狀彈丸侵徹各種復合材料靶板的

4、殘余速度和靶板的彈道極限公式，并與文獻中已有的結(jié)果進行了比較和討論，吻合較好。并利用Von Karman臨界速度給出了總體響應(yīng)模式和局部破壞模式之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。 最后，以連續(xù)損傷力學為指導，針對纖維增強樹脂基復合材料層合板的基本特點，建立了便于數(shù)值計算的正交各向異性板材料連續(xù)損傷模型。將推導出的含損傷的正交各向異性材料本構(gòu)嵌入到ABAQUS，開展了纖維增強樹脂基復合材料層合板彈道沖擊過程的三維有限元數(shù)值模擬。將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗