三維正交機(jī)織玻璃纖維復(fù)合材料動(dòng)態(tài)性能和抗侵徹規(guī)律研究.pdf

1、三維正交機(jī)織復(fù)合材料是一種先進(jìn)復(fù)合材料，由于其在厚度方向引入了增強(qiáng)纖維，克服了復(fù)合材料層間性能弱的缺點(diǎn)，有效地改善了材料整體力學(xué)性能，具有更好的抗撕裂、抗侵徹、及高吸能等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、防護(hù)工程、汽車(chē)制造等領(lǐng)域。本文中，采用實(shí)驗(yàn)、工程分析方法、數(shù)值模擬和量綱分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究了三維正交機(jī)織E玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和抗侵徹性能。
　　 通過(guò)MTS和SHPB實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)地研究三維正交機(jī)織玻璃纖

2、維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料一維應(yīng)力下的動(dòng)、靜態(tài)實(shí)驗(yàn)力學(xué)性能，得到其在不同應(yīng)變率、不同方向上的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了該材料強(qiáng)度及破壞應(yīng)變隨應(yīng)變率的變化規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，表明該材料具有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)和各向異性特征。宏觀上，提出了一個(gè)依賴(lài)應(yīng)變、應(yīng)變率的損傷弱化因子，用粘彈性模量降低度量來(lái)表征材料的損傷弱化效應(yīng)，并將其引入到非線性粘彈性模型中，得到了應(yīng)變率相關(guān)且考慮損傷弱化效應(yīng)的一維應(yīng)力動(dòng)態(tài)粘彈性本構(gòu)關(guān)系。從細(xì)觀上，分析了該材料變形過(guò)

3、程中破壞的壓剪耦合機(jī)理，基于“有核長(zhǎng)大”思想和“等效微孔洞體系”概念，給出了損傷的嚴(yán)格細(xì)觀統(tǒng)計(jì)學(xué)定義，并導(dǎo)出了材料壓剪耦合損傷演化方程的一般形式;同時(shí)，將其引入表征復(fù)合材料的非線性彈性/Maxwell粘彈性本構(gòu)模型，通過(guò)最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化擬合，得到了該材料應(yīng)變率相關(guān)的含損傷本構(gòu)關(guān)系的一種新形式。
　　 使用彈道沖擊裝置對(duì)三維正交機(jī)織E玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料進(jìn)行彈道侵徹實(shí)驗(yàn)，得到了不同因素對(duì)該材料的抗侵徹性能和破壞模

4、式的影響規(guī)律。以彈丸貫穿靶板的能量守恒為出發(fā)點(diǎn)提出了超臨界耗能概念，并由此提出一種計(jì)及鋼球貫穿靶板耗能速度效應(yīng)的超臨界耗能分析模型，利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的能量分析模型計(jì)算公式，并以此模型和完全貫穿區(qū)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)最小二乘法擬合，確定了分析模型中的有關(guān)參數(shù)，從而成功地預(yù)測(cè)了靶板的V50值。同時(shí)，采用LS-DYNA商業(yè)軟件模擬了球形彈、柱形彈侵徹該材料的過(guò)程，給出了侵徹過(guò)程中彈丸的速度和加速度的變化時(shí)程曲線，探討了彈丸

5、侵徹阻力的變化情況與靶板吸能模式之間的關(guān)系，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。
　　 在彈道工程分析方法上，以改進(jìn)的橫觀各向同性材料本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，考慮了各向異性修正和材料本身的應(yīng)變率效應(yīng)，將球腔模型和柱腔模型結(jié)合起來(lái)，得到了一種準(zhǔn)一維工程分析方法。自編程序計(jì)算分析了彈丸侵徹三維正交機(jī)織玻璃纖維復(fù)合材料靶板的問(wèn)題，給出了彈丸剩余速度與侵徹深度關(guān)系的規(guī)律性結(jié)論，結(jié)果與彈道實(shí)驗(yàn)符合較好，并將其結(jié)果與LS-DYNA的模擬結(jié)果對(duì)比，基本一致，