彈丸正撞擊下纖維增強(qiáng)樹(shù)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(xué)，結(jié)構(gòu)沖擊和防護(hù)工程技術(shù)的發(fā)展，纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層合板在航空、航天、海洋、交通、化工、核工業(yè)以及國(guó)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(fù)雜性，其彈道沖擊過(guò)程十分復(fù)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(xué)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(shí)驗(yàn)的，理論的還是數(shù)值的，來(lái)建立簡(jiǎn)化理論模型都顯得尤為困難。本文采用實(shí)驗(yàn)、工程近似理論分析模型和數(shù)值計(jì)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(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層合板的問(wèn)題。 首先開(kāi)展了玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基層合板(GRRP)的準(zhǔn)靜態(tài)侵徹實(shí)驗(yàn)，從實(shí)測(cè)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(shí)的破壞模式以及層合板的抗侵徹特性。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)平頭彈侵徹較薄靶板的特點(diǎn)，提出了一個(gè)考慮整體變形破壞模式的簡(jiǎn)化準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)模型，并提出了一個(gè)等效應(yīng)變破壞準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則同時(shí)考慮橫向剪切和拉伸(彎曲)對(duì)破壞的影響。在

3、分析彈道沖擊下復(fù)合材料的變形特點(diǎn)和吸能機(jī)制的基礎(chǔ)上，從能量平衡原理出發(fā)，引入動(dòng)態(tài)增強(qiáng)因子的概念，建立了預(yù)測(cè)薄板在平頭彈丸撞擊下彈道極限的計(jì)算公式，模型預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較驗(yàn)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(jìn)了Wen有關(guān)侵徹力的半經(jīng)驗(yàn)公式，動(dòng)阻力部分認(rèn)為侵徹阻力不再是一個(gè)常數(shù)，而是侵徹速度的函數(shù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)方程給出了不同彈頭形狀彈丸侵徹各種復(fù)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(xiàn)中已有的結(jié)果進(jìn)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(xué)為指導(dǎo)，針對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層合板的基本特點(diǎn)，建立了便于數(shù)值計(jì)算的正交各向異性板材料連續(xù)損傷模型。將推導(dǎo)出的含損傷的正交各向異性材料本構(gòu)嵌入到ABAQUS，開(kāi)展了纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層合板彈道沖擊過(guò)程的三維有限元數(shù)值模擬。將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)